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Spezifische und unspezifische Proteolyse

Die partielle Proteinhydrolyse (limitierte Proteolyse)

(von engl. limited proteolysis)

Ein Sonderfall der Proteolyse ist die so genannte limitierte Proteolyse. Im Gegensatz zur Totalhydrolyse ist der Proteinverdau bei dieser Methode nicht vollständig, sondern erfolgt unter genau definierten Reaktionsbedingungen (die Proteolyse verläuft also limitiert). In den globulären Bereichen eines nativen Proteins sind die Peptidbindungen weitaus weniger exponiert als die Peptidbindungen an der Oberfläche des Proteins. Das bedeutet, dass bei kurzer Einwirkzeit einer Protease oder bei sehr geringer Protease-Konzentration unter Umständen zunächst die einzelnen Proteindomänen getrennt werden, bevor die Protease auch weiter innen liegende Spaltstellen erreicht. Die limitierte Proteolyse wird also mit einer Protease-Verdünnung und/oder suboptimalen Reaktionsbedingungen durchgeführt und nach kurzer Zeit gestoppt. Bei dieser Methode wird das Protein in seiner nativen Form (und nicht nach einer Denaturierung) proteolytisch gespalten; dieses hat mitunter Konsequenzen für die Wahl der Protease. Benötigt das Protein z.B. EDTA für optimale Stabilität, kann für den Verdau keine Metalloprotease verwendet werden.

Die limitierte Proteolyse wird vor allem eingesetzt, um Informationen über die Struktur eines Proteins zu erhalten. Auf diese Weise konnte z.B. die Exonucleaseaktivität der DNA-Polymerase oder das Fab-Fragment von Antikörpern erstmalig isoliert werden.

Ein Beispiel für limitierte Proteolyse:

NarL ist ein regulatorisches Protein des Nitratstoffwechsels in Darmbakterien, das durch Phosphorylierung aktiviert bzw. auch wieder durch eine Dephosphorylierung deaktiviert werden kann. Phosphoryliertes NarL bindet an die DNA und fördert die Expression von Proteinen, die für die Nitrat-Atmung notwendig sind. Im Bild ist gut zu erkennen, dass NarL aus zwei Domänen augebaut ist: die eine Domäne des Proteins enthält die Kinase/Phosphatase-Aktivität, die andere Domäne ist die DNA-bindende Domäne. Die partielle Proteolyse von NarL mit Trypsin (in der Animation blau dargestellt) trennt diese beiden Domänen voneinander. Würde die Protease länger einwirken oder würde eine höhere Trypsin-Konzentration verwendet, käme es zum vollständigen Verdau des NarL-Proteins.

Abb.1
Proteolyse von NarL
© Wiley-VCH
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