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Proteinbewegungen

Domänenbewegungen in Proteinen

Wenn zwei Moleküle interagieren, so geschieht das im einfachsten Fall ohne irgendeine strukturelle Veränderung beider Partner, wie z.B. bei Reaktionen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip (key-and-lock model), bei dem ein Reaktionspartner quasi wie ein Schlüssel zum anderen Partner, dem Schloss, passt. Andere Interaktionsmodelle erfordern eine gewisse Anpassung wie z.B. beim induced fit, wo die beiden Moleküle erst dann optimal binden können, wenn eine Konformationsänderung an der Kontaktstelle stattgefunden hat. Derartige Konformationsänderungen können aber auch an anderen Stellen im Molekül stattfinden, und häufig sind solche Konformationsänderungen für die Aktivität essenziell. Ein Beispiel: der Gastrin-Rezeptor gehört zur großen Familie der G-Protein-gekoppelten Membranrezeptoren. Wenn ein Liganden auf der extrazellulären Seite an diesen Rezeptor bindet, ändert sich die Konformation auf der cytoplasmatischen Seite des Rezeptors, die dann die cytoplasmatische G-Protein-Kaskade in Gang setzt. Die für eine Konformationsänderung notwendigen Strukturverschiebungen können sehr klein sein und nur wenige Torsionswinkel der Hauptkette oder wenige Seitenketten betreffen. Wenn diese kleinen Strukturverschiebungen Aminosäuren betreffen, die an zentralen Stellen im Polypeptid positioniert sind, kann sich dadurch die ganze Tertiärstruktur ändern. Diese oft erheblichen Bewegungsvorgänge werden auch als Domänenbewegung bezeichnet.

Domänenbewegungen sind allgemein dadurch charakterisiert, dass die Torsion einiger weniger Aminosäuren die Tertiärstruktur signifikant verändern kann. Beispielsweise liegt bei einer ganzen Reihe von Enzymen das aktive Zentrum zwischen zwei Domänen des Proteins in einer Art Spalt, der sich schließt, wenn das Substrat oder das Coenzym gebunden werden.

Es gibt zwei grundsätzliche Mechanismen, wie dieser Spaltschluss erfolgen kann:

  • Die relativ starren Domänen des Proteins sind durch eine flexible Region verbunden, die eine Art Scharnier bildet (hinge bending oder auch rigid body motion).
  • Viele relativ kleine Konformationsänderungen der Aminosäureseitenketten in der Region zwischen den beiden Domänen summieren sich zu einer Scherbewegung auf (shear movement), bei der die beteiligten Bereiche im Protein aneinander vorbeigleiten.

Literatur

Lesk, A. M.; Chothia, C. (1984): Mechanisms of domain closure in proteins. In: J. Mol. Biol.. 174 , 175-191
Wriggers, W.; Schulten, K. (1997): Protein domain movements: detection of rigid domains and visualization of hinges in comparisons of atomic coordinates.. In: Proteins. 1 , 1-14
Gerstein, M.; Krebs, W. ( 1998): A database of macromolecular motions.. In: Nucl. Acids Res.. 18 , 4280-4290

Zugang zur PubMed-Datenbank

Database of Macromolecular Movements

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