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Ubiquitinierung von Proteinen

Seminararbeit 2010 16 Seiten

Chemie - Biochemie

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Mechanismus und Form der Ubiquitinierung

3. Funktionen der Ubiquitinierung
3.1 Proteinabbau in Proteasomen - Ubiquitin-Proteasom-System
3.1.1 Funktionen des Proteasomsabhängigen Abbaus
3.2 Nicht-Proteasom-abhängige Funktionen
3.2.1 Das NF-xB-I-xB-System
3.2.2 Downregulation des EGF-Rezeptors
3.2.3 Transkriptionsregulation
3.2.4 DNA-Reparatur
3.2.5 Ubiquitin und Apoptose

4. Ubiquitin und Krankheiten
4.1 Rolle des Ubiquitins bei Cystischer Fibrose
4.2 Ubiquitin und Karzinogenese
4.3 Ubiquitin und weitere Erkrankungen

5. Schlussfolgerungen und Ausblick

1. Einleitung

Ubiquitin ist ein Polypeptid, welches aus 76 Aminosäuren besteht und sich in alleneukaryotischen Zellen befindet (“ubiquitär”). Es hat ein Molekulargewicht von 8,5 kd und dient als sogenannter „Todesmarker“, um Proteine für den proteasomalen Abbau zu kennzeichnen.

Das Ubiquitin der Hefe unterscheidet sich von dem des Menschen nur durch drei der 76 Aminosäuren, obwohl zwischen Hefe und Mensch ca. eine Milliarde Jahre Evolution liegen, was bedeutet, dass es eines der höchstkonserviertesten Proteine überhaupt ist. Es weist eine globuläre Tertiärstruktur auf; die vier c-terminalen Aminogruppen ragen dabei heraus. Als funktionelle Aminosäuren dienen die beiden Lysine an den Stellen 48 und 63 sowie das Glycin an Stelle 76 der Aminosäurensequenz (1,12). Über letzteres wird das Ubiquitin aktiviert und aufdas Substrat übertragen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ubiquitin (http://en.wikivisual.com/images/a/ac/Ubiquitin_cartoon.png)

Der Großteil der Ubiquitin-Moleküle liegt kovalent gebunden an Proteine vor, ein geringererTeil kommt als freie Monomere vor.

2. Mechanismus der Ubiquitinierung

Die Ubiquitinierung (auch: Ubiquitinylierung) bezeichnet die kovalente Übertragung von Ubiquitin-Einheiten auf Proteine. Es handelt sich bei dem Vorgang um eine reversible posttranslationale Modifikation.

Ubiquitiniert werden Proteine aus dem Cytosol und dem Nucleus. Dabei bindet der carboxyterminale Teil des Ubiquitins kovalent an die s-Aminogruppen mehrerer Lysinreste des zum Abbau vorgesehenen Proteins. Die Energie für die Reaktion wird durch ATP- Hydrolyse bereitgestellt, pro verknüpftem Protein wird 1 ATP verbraucht.

Die Reaktion läuft kaskadenartig ab und wird von drei Enzymen (E1-E3) katalysiert :

Als erster Schritt wird Ubiquitin durch die Reaktion mit ATP aktiviert. Dieser Reaktionsschritt wird vom Ubiquitin-aktivierendem Enzym (E1) durchgeführt.

Der terminale Glycinrest des Ubiquitins wird dabei unter Abspaltung von Pyrophsophat adenyliert und somit aktiviert.

Anschließend wird der C-Terminus des Ubiquitins durch Ausbildung einer Thioesterbindung auf eine Sulfhydrylgruppe im E1-Enzym übertragen. Das gebundene AMP wird dabei abgespalten. Daraufhin erfolgt die Übertragung aufdas Ubiquitinkonjugierende Enzym (E2), auch hierunterAusbildung einerThioesterbindung. Sowohl das E2-Enzym als auch das zu markierende Targetprotein werden nun von der Ubiquitin-Protein-Ligase (E3) gebunden und das Ubiquitin wird auf eine Aminogruppe eines Lysin-Rests des Zielproteins übertragen (1).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Mechanismus der Ubiquitinierung (http://www.nature.com/nature/journal/v458/n7237/images/nature07958-i1.0.jpg)

Eine solche Bindung bezeichnet man als Isopeptidbindung, da eine s-Aminogruppe statt einer a-Aminogruppe an der Bindung beteiligt ist.

Da insgesamt ca. 60 verschiedene ubiquitinkonjugierende Enzyme und ca. 400 verschiedene Ubiquitin-Protein-Ligasen existieren, ergibt sich eine große Substratspezifität bzw. ein großes Spektrum an Substraten. Die E3-Gruppe bildet eine der größten Genfamilien des Menschen (12).

Wenn eine Kette aus vier oder mehr über Isopeptidbindungen verknüpften Ubiquitinmolekülen gebildet wird, entsteht ein besonders effektives Signal zur Notwendigkeit des Abbaus. Die Bindung wird möglich, da Ubiquitin über insgesamt sieben Lysin-Reste verfügt. Je nach Menge und Art der angehangenen Ubiquitinmoleküle unterscheidet man zwischen mono-, multi- und polyubiquitinierten Proteinen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/71/Ubiquitination-Mode.png/400px-Ubiquitination-Mode.png A) Mono- B) Oligo- C) Multi- D) Polyubiquitinierierung

Die Reaktion verläuft prozessiv, die Lysingruppe 48 einer Ubiquitineinheit bindet dabei an die terminale Carboxylatgruppe eines anderen, woraus dann eine Kette entsteht.

Die Proteine, die anschließend den Proteasomen überäußert und dort abgebaut werden, werden meist mehrfach ubiquitiniert. Dies stellt einen der seltenen Fälle einer posttranslationalen Modifikation dar.

Es existieren mehrere Signale, die bestimmen, ob und wann sich Ubiquitin an ein Protein an lagert. Am bekanntesten und einfachsten zu deuten ist die Tatsache, dass die Halbwertszeit eines Proteins u.a. durch seinen aminoterminalen Rest bedingt ist (N-End- Regel). So verlängert ein n-terminales Alanin die Lebensdauer eines Proteins, während ein Arginin diese verkürzt. Entsprechend oft sind Proteine mit kurzer Halbwertszeit die Ziele von Ubiquitin. Das Lesen der Reste wird von den E3-Enzymen übernommen.

Nach Tobias JW et al (1991) verhält sich die Abhängigkeit der der Halbwertszeit in Bezug auf ihre aminoterminalen Reste wie folgt:

1. stark stabilisierende AS (Halbwertszeit > 20 Stunden)

Ala, Cys, Gly, Met, Pro, Ser, Thr, Val

2. destabilisierende AS (Halbwertszeit 2-30 Minuten)

Arg, His, Ile, Leu, Lys, Phe, Tyr, Trp

3. nach chemischer Veränderung destabilisierende AS (Halbwertszeit 3-30 Minuten)

Asn, Asp, Glu, Gln

[...]

Details

Seiten
16
Jahr
2010
ISBN (eBook)
9783640739448
ISBN (Buch)
9783640739783
Dateigröße
680 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v161032
Institution / Hochschule
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
Note
1,0
Schlagworte
Ubiquitinierung Proteinen

Autor

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Titel: Ubiquitinierung von Proteinen