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Domänenbewegung bei Proteinen: Scher- und Scharnierbewegungen

Immunglobuline: eine Bewegung im "Ellenbogengelenk"

Klassifikation: [D-n-2]

Bei Immunglobulinen findet eine Domänenbewegung statt, die sich von der typischen Scharnierbewegung (hinge bending motion) und der Scherbewegung (helix interface shear movement) deutlich unterscheidet, aber trotzdem gewisse Charakteristika beider Bewegungstypen aufweist. Wie bei der Scherbewegung handelt es sich um eine gleitende Bewegung parallel zur Oberfläche, aber im Gegensatz zur Scherbewegung greifen die Aminosäureseitenketten nicht ineinander und die Bewegung kann sehr groß sein - beides Eigenschaften, die für eine Scharnierbewegung typisch sind.

Bei den Immunglobulinen sind die variablen Domänen VL und VH über kurze Peptidbereiche mit den jeweiligen konstanten Domänen CL und CH1 verbunden. Das dicht gepackte VL-VH-Dimer kann relativ zum dicht gepackten CL-CH1-Dimer um etwa 50° rotieren und hat damit eine sehr hohe Beweglichkeit. Die Verbindung zwischen variablen und konstanten Domänen wird als "Ellenbogengelenk" bezeichnet. Während der Rotation wird der Peptidbereich zwischen variabler und konstanter Domäne deformiert (ähnlich wie bei Scharnierbewegungen), zudem kommt es aber auch zu einer ungewöhnlichen Scherbewegung, bei der zwei voluminöse Aminosäureseitenketten in der CH1-Domäne (Pro und Phe) eine Art Gelenk bilden, das sich in einer Gelenkpfanne aus drei Resten im VH bewegt. Ungewöhnlich an dieser Scherbewegung ist, dass die Aminosäureseitenketten der beteiligten Domänen nicht ineinandergreifen, sondern wie zwei glatte Oberflächen aneinander vorbei gleiten. Dieses ermöglicht auch die größere Flexibilität dieser Bewegung, während die reinen Scherbewegungen im Bereich von 1,5 bis 2,0 Å liegen, kann sich die "Gelenkpfanne" um 4,5 Å relativ zum "Gelenk" bewegen.

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Abb.1
Gelenkbewegung der Immunglobuline

Eine Häfte des Anti-p-azo-phenyl-arsenat-IgG-Fab-Fragmentes (PDB-Code: 8FAB). Die schweren Ketten sind in braun bzw. silber dargestellt, die leichten Ketten in grün und hellblau. Rot: T118, V119 und S120 der Gelenkpfanne ("socket"). Magenta: F154 und P155 der Gelenkregion ("ball"). Buchstaben-Code der Aminosäuren.

Die Antigen-Bindung

Diese Ellenbogengelenkbewegung erlaubt die allgemeine Flexibilität eines Antikörpers, hat allerdings nur indirekt mit der Antigen-Bindung zu tun. Jeder Antikörper (jedes Fab-Fragment) hat eine hypervariable Region, die so strukturiert ist, dass sie ein ganz spezielles Epitop binden kann. Der Mechanismus, mit dem das Antigen gebunden wird, entspricht eher dem Induced-fit-Modell als dem Schlüssel-Schloss-Modell, wie früher angenommen wurde. Das bedeutet, dass auch die Antigen-Bindung eine gewisse strukturelle Anpassung an das jeweilige Substrat erfordert.

Literatur

Lesk, A. M.; Chothia, C. (1988): Elbow Motion in the immunoglobulins involves a molecular ball and socket joint. In: Nature . 355 , 188-190

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Bilder zum Thema: Conformational Change in Protein

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