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Lexikon der Biochemie: molekulare Chaperone

molekulare Chaperone, Faltungshelfer, vorübergehend an Faltungsintermediate bindende Proteine, die dadurch bei Faltungsvorgängen assistieren. Sie besitzen die Fähigkeit zur Unterdrückung unspezifischer Aggregationen und vermögen kinetisch gefangene Intermediate bzw. aggregierte Proteine wieder einer produktiven Faltung zuzuführen. Die unter bestimmten Stressbedingungen auftretenden Missfaltungen von Proteinen sind auch pathologisch relevant, da sie zur Bildung von Proteinaggregaten führen können (Amyloidplaques). An der Bildung bzw. Verhinderung oder Reparatur solcher Proteinaggregationen sind m. C. beteiligt. Man unterscheidet zwischen Chaperoninen, Hsp70-Systemen und Ribosomen-assoziierten Chaperonen. Vertreter der Chaperonine sind in der Lage, doppelringförmige Oligomere mit einem zentralen Hohlraum auszubilden, in dessen apikalen Enden die Faltungssubstrate binden. Der bakterielle Vertreter GroEL, der den Cofaktor GroES benötigt, kann wahrscheinlich mit Substraten in verschiedenen Faltungszuständen in Wechselwirkung treten und dadurch kinetisch gefangene Intermediate in ihre native Konformation überführen. Die beim Hitzeschock (kurze Temperaturerhöhung auf ca. 42°C für 5min) in großen Mengen gebildeten, als m. C. agierenden Hitzeschockproteine vermögen die Akkumulation falsch gefalteter Proteine zu unterdrücken, die während des Hitzeschocks auftreten. Die zuerst in Bakterien nachgewiesenen m. C. wurden als Verwandte der Hitzeschockproteine 60 und 70 (Hsp60 und Hsp70) identifiziert. In Zellen von Eukaryonten findet man verschiedene Familien von Hsp60- und Hsp70-Proteinen, die in unterschiedlichen Organellen vorkommen. So enthalten Mitochondrien spezifische Hsp60 und Hsp70, die sich von den im Cytosol vorkommenden Vertretern unterscheiden, und ein spezielles Hsp70, auch BiP genannt, begleitet die Faltung von Proteinen im endoplasmatischen Reticulum. Die Wechselwirkung der Hsp70-Systeme wird durch den ATP/ADP-Status determiniert. Am Beispiel des Vertreters DnaK konnte anhand der Kristallstruktur seiner Substratbindungsdomäne im Komplex mit einem Peptidsubstrat gezeigt werden, dass das Substrat in einer hydrophoben Tasche über einen Sequenzabschnitt von etwa fünf Aminosäureresten gebunden wird. Die hydrophobe Bindungstasche wird von zwei Schleifen und einem β-Sandwich gebildet. Bei den Faltungsvorgängen am Ribosom sind Ribosomen-assoziierte Chaperone beteiligt. [R.A. Laskey et al., Nature 275 (1978) 416-420; R.S. Ellis und S.M. Hemmingsen, Trends Biochem. Sci. 14 (1989) 339-342; P.A. Cole, Structure 4 (1996) 239-242; A.A. Antson et al., Curr. Opin. Struct. Biol. 6 (1996) 142-150; J.S. Weissman et al., Cell 84 (1996) 481-490; D. Wall et al., J. Biol. Chem. 270 (1995) 2.139-2.144]

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