Lexikon der Biologie

posttranslationale Proteinmodifikation



In einem allgemeineren Sinn kann jeder Unterschied zwischen einem funktionellen Protein und der linearen Polypeptidsequenz, deren Code zwischen dem Initiations- und dem Terminationscodon auf dem Struktur-Gen liegt, als eine Posttranslationsmodifizierung des Proteins betrachtet werden. Normalerweise wird der Begriff jedoch auf Modifizierungen beschränkt, welche die Bildung oder den Bruch von kovalenten Bindungen (chemische Bindung) einschließen.

1) Proteolytische Posttranslationsmodifizierungen sind u.a.:

a) die Einführung von N-Formylmethionin (bei Prokaryoten) bzw. Methionin (bei Eukaryoten) während der Initiation der Proteinbiosynthese als erste Aminosäure;

b) die Entfernung der Signalsequenz, die für den Transport sekretorischer Proteine durch die Membran des rauhen endoplasmatischen Reticulums verantwortlich ist (Exportproteinsynthese, Signal-Hypothese);

c) die Aktivierung von Proenzymen (Zymogenen) (Pepsin, Trypsin, Chymotrypsin);

d) die Aktivierung des Komplementsystems (Komplement);

e) die Proteolyse im Kaskadensystem der Blutgerinnung (Farbtafel);

f) die Aktivierung von Proteohormonen und Peptidhormonen (Insulin).

2) Die Anheftung von prosthetischen Gruppen, z.B. die Insertion von Häm in Hämproteine, und das Anheften von Kohlenhydraten zur Bildung von Glykoproteinen; Prenylierung.

3) Die Modifizierung von Aminosäureresten. Durch den genetischen Code werden nur 20 Aminosäuren spezifiziert; man kennt jedoch über 100 unterschiedliche Aminosäurereste von verschiedenen Proteinen. So kommt es etwa zu Hydroxylierung von Prolin- (Prolin) und Lysinresten (Lysin) unter Bildung von Hydroxyprolin- (Hydroxyprolin) und Hydroxylysinresten (5-Hydroxylysin) im Kollagen; zur Phosphorylierung von Serin zu Phosphoserinresten (Phosphoserin; Phosphoproteine); zur Adenylierung von Tyrosinresten (Tyrosin); zur Carboxylierung von Glutamat zu γ-Carboxyglutamatresten; zur Methylierung, Acetylierung und Phosphorylierung der ε-Aminogruppe von Lysinresten sowie Bildung von Peptidbindungen mit z.B. Biotin oder Liponsäure; zur Umwandlung von Lysinresten in Desmosin (Elastin). Gelegentlich werden an C-terminalen Resten Amidgruppen (Amide) gefunden, z.B. Glycinamid. Der Unterschied zwischen der Modifizierung eines Aminosäurerests und der Anheftung einer prosthetischen Gruppe ist manchmal rein semantischer Natur. – Die meisten Aminosäuremodifizierungen finden nach der Abspaltung des Polypeptids vom Ribosom statt, und eine große Anzahl von Prozessierungsenzymen (insbesondere jene, die für die Glykosylierung, Disulfidbrückenbildung [Disulfidbindung] und Iodierung verantwortlich sind) kommen im endoplasmatischen Reticulum und im Golgi-Apparat vor. Eine limitierte Proteolyse wird im extrazellulären Raum und in sekretorischen Granula durchgeführt. Quervernetzungsreaktionen laufen extrazellulär ab. Einige Aminosäuremodifizierungen werden allerdings bereits auf der Aminoacyl-tRNA-Stufe (Aminoacyl-tRNA) gebildet oder in der naszierenden Polypeptidkette eingeführt, d.h. noch am Ribosom.

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