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Posttranslationale Modifikation Posttranslationale Proteinmodifikationen PTM sind Veränderungen von Proteinen die nach d

Posttranslationale Modifikation

Posttranslationale Proteinmodifikationen (PTM) sind Veränderungen von Proteinen, die nach der Translation stattfinden. Die meisten werden durch den Organismus oder durch die Zellen selbst ausgelöst.

An diesen Prozessen sind häufig Proteine beteiligt, die durch Modifizierungsgene (modifier genes) codiert werden. Die Genprodukte solcher Modifizierungsgene können abhängig von Umweltfaktoren gebildet oder funktionalisiert werden und Proteine entsprechend beeinflussen.

Während einige der Prozesse unmittelbar am Entstehungsort ablaufen, finden andere an bestimmten Zellorganellen statt, wieder andere erst außerhalb der produzierenden Zelle.

Neben beabsichtigten Proteinveränderungen treten aber auch ungewollte Proteinmodifikationen auf. Geht man davon aus, dass die Transkriptions- und Translationsmaschinerie bei der Umschrift der Gene über die mRNA zu den Proteinen mit Fehlerquoten von 1/1000 Nukleotiden oder 1/10.000 Aminosäuren arbeiten, so werden durch den Einbau falscher Aminosäuren nicht unerhebliche Mengen mistranslatierter Polypeptidketten produziert. Der Anteil mistranslatierter Proteine, die eigentlich nicht posttranslational, sondern cotranslational verändert werden, kann durch Anwesenheit von Streptomycin (Störung des Ribosoms) bzw. durch Mangel einzelner Aminosäuren erhöht werden.

Zusätzlich können Proteinketten durch Radikale, durch hochenergetische Strahlung oder andere Proteine (siehe Prionen) beschädigt, verändert oder denaturiert werden und Faltungsisoformen bilden, die der Ursprungskonformation nicht mehr entsprechen und die vorgesehene Funktion nicht erfüllen können.

Kategorien posttranslationaler Modifikation Bearbeiten

Zellen besitzen eine Vielzahl von Möglichkeiten, ihre Proteine zu bearbeiten und zu verändern. Dazu besitzen sie eine Vielzahl von Enzymen, die eigens für die Proteinmodifikation von der Zelle gebildet werden. Proteinmodifikationsprozesse können konstitutiv ablaufen oder aber durch Umwelteinflüsse oder andere Parameter beeinflusst werden. Die Modifikation kann am N- oder C-Terminus oder als Seitenkettenmodifikation erfolgen. Es wurden etwa 300 verschiedene posttranslationale Modifikationen beschrieben. Folgende Vorgänge, die zu neuen Proteinspezies führen, wurden analysiert:

Abspaltungen Bearbeiten

  • Abspaltung des N-terminalen Formylrestes durch die Deformylase. Jedes neu synthetisierte Protein (in Prokaryoten) enthält anfangs ein N-terminales Formylmethionin (Methionin bei Eukaryoten), welches bei der Translation immer zuerst eingebaut wird und dessen Formylrest im Folgenden durch die Deformylase abgespalten wird. Ein noch vorhandener Formylrest zeigt die gerade erst beendete Synthese des Proteinmoleküls an.
  • die Abspaltung des Methionylrests am N-Terminus neusynthetisierter Proteine durch die Methionylaminopeptidase. Bei Bakterien konnte man beobachten, dass die Größe der folgenden Aminosäure das Abspaltungsverhalten des N-terminalen Methionins beeinflusst. Je größer die zweite Aminosäure ist, desto unwahrscheinlicher wird eine Abspaltung des Startmethionins.
  • die gezielte Abspaltung von Signalsequenzen (etwa Protokollagen zu Kollagen)
  • das selektive Herausschneiden von Teilsequenzen (etwa Proinsulin zu Insulin, generell Präkursor-Proteine)
  • Proteininaktivierung und -fragmentierung durch Proteolyse, an der Proteasen beteiligt sind

Anorganische Gruppen Bearbeiten

Organische Gruppen Bearbeiten

Organische Lipidgruppen Bearbeiten

Diese Lipidanker-Modifikationen bewirken eine Adsorption an die Zellmembran.

Hinzufügen von Bindungen Bearbeiten

Bindung an größere Moleküle Bearbeiten

Veränderung einzelner Aminosäuren Bearbeiten

Diverses Bearbeiten

  • Bildung eines stabilen Radikals (Bakterien)
  • die Bindung (Komplexierung) von Ionen und niedermolekularen Substanzen

Literatur Bearbeiten

  • Ji Min Lee, Henrik M Hammarén, Mikhail M Savitski, Sung Hee Baek: Control of protein stability by post-translational modifications. In: Nat Commun 14, 1, 2023: 201. PDF.
  • H. Lin, X. Su, B. He: Protein lysine acylation and cysteine succination by intermediates of energy metabolism. In: ACS chemical biology 7, 6, 2012: 947–960. ISSN 1554-8937, doi:10.1021/cb3001793, PMID 22571489, PMC 3376250 (freier Volltext).

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. S. Lee: Post-translational modification of proteins in toxicological research: focus on lysine acylation. In: Toxicological research. Band 29, Nummer 2, Juni 2013, S. 81–86, doi:10.5487/TR.2013.29.2.081, PMID 24278632, PMC 3834447 (freier Volltext).
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Veröffentlichungsdatum:
Posttranslationale Proteinmodifikationen PTM sind Veranderungen von Proteinen die nach der Translation stattfinden Die meisten werden durch den Organismus oder durch die Zellen selbst ausgelost An diesen Prozessen sind haufig Proteine beteiligt die durch Modifizierungsgene modifier genes codiert werden Die Genprodukte solcher Modifizierungsgene konnen abhangig von Umweltfaktoren gebildet oder funktionalisiert werden und Proteine entsprechend beeinflussen Wahrend einige der Prozesse unmittelbar am Entstehungsort ablaufen finden andere an bestimmten Zellorganellen statt wieder andere erst ausserhalb der produzierenden Zelle Neben beabsichtigten Proteinveranderungen treten aber auch ungewollte Proteinmodifikationen auf Geht man davon aus dass die Transkriptions und Translationsmaschinerie bei der Umschrift der Gene uber die mRNA zu den Proteinen mit Fehlerquoten von 1 1000 Nukleotiden oder 1 10 000 Aminosauren arbeiten so werden durch den Einbau falscher Aminosauren nicht unerhebliche Mengen mistranslatierter Polypeptidketten produziert Der Anteil mistranslatierter Proteine die eigentlich nicht posttranslational sondern cotranslational verandert werden kann durch Anwesenheit von Streptomycin Storung des Ribosoms bzw durch Mangel einzelner Aminosauren erhoht werden Zusatzlich konnen Proteinketten durch Radikale durch hochenergetische Strahlung oder andere Proteine siehe Prionen beschadigt verandert oder denaturiert werden und Faltungsisoformen bilden die der Ursprungskonformation nicht mehr entsprechen und die vorgesehene Funktion nicht erfullen konnen Inhaltsverzeichnis 1 Kategorien posttranslationaler Modifikation 1 1 Abspaltungen 1 2 Anorganische Gruppen 1 3 Organische Gruppen 1 4 Organische Lipidgruppen 1 5 Hinzufugen von Bindungen 1 6 Bindung an grossere Molekule 1 7 Veranderung einzelner Aminosauren 1 8 Diverses 2 Literatur 3 Weblinks 4 EinzelnachweiseKategorien posttranslationaler Modifikation BearbeitenZellen besitzen eine Vielzahl von Moglichkeiten ihre Proteine zu bearbeiten und zu verandern Dazu besitzen sie eine Vielzahl von Enzymen die eigens fur die Proteinmodifikation von der Zelle gebildet werden Proteinmodifikationsprozesse konnen konstitutiv ablaufen oder aber durch Umwelteinflusse oder andere Parameter beeinflusst werden Die Modifikation kann am N oder C Terminus oder als Seitenkettenmodifikation erfolgen Es wurden etwa 300 verschiedene posttranslationale Modifikationen beschrieben 1 Folgende Vorgange die zu neuen Proteinspezies fuhren wurden analysiert Abspaltungen Bearbeiten Abspaltung des N terminalen Formylrestes durch die Deformylase Jedes neu synthetisierte Protein in Prokaryoten enthalt anfangs ein N terminales Formylmethionin Methionin bei Eukaryoten welches bei der Translation immer zuerst eingebaut wird und dessen Formylrest im Folgenden durch die Deformylase abgespalten wird Ein noch vorhandener Formylrest zeigt die gerade erst beendete Synthese des Proteinmolekuls an die Abspaltung des Methionylrests am N Terminus neusynthetisierter Proteine durch die Methionylaminopeptidase Bei Bakterien konnte man beobachten dass die Grosse der folgenden Aminosaure das Abspaltungsverhalten des N terminalen Methionins beeinflusst Je grosser die zweite Aminosaure ist desto unwahrscheinlicher wird eine Abspaltung des Startmethionins die gezielte Abspaltung von Signalsequenzen etwa Protokollagen zu Kollagen das selektive Herausschneiden von Teilsequenzen etwa Proinsulin zu Insulin generell Prakursor Proteine Proteininaktivierung und fragmentierung durch Proteolyse an der Proteasen beteiligt sindAnorganische Gruppen Bearbeiten Phosphorylierungen durch Proteinkinasen zu Phosphoproteinen Hydroxylierung von Prolin Resten zu Hydroxyprolin Resten vor allem in Kollagen aber auch in Elastin Argonaut 2 Hypoxie induzierter Faktor a u a Hydroxylierung von Lysin Resten zu Hydroxylysin Resten haufig Ausgangspunkt fur Glykosylierungen im Kollagen auch fur anschliessende Quervernetzungen Iodierung und Bromierung v a in Weichtieren Neuropeptid B des Rinds Nitrierung S Nitrosylierung SulfatierungOrganische Gruppen Bearbeiten Glykosylierungen Glykoproteine N glykosidisch im endoplasmatischen Retikulum O glykosidisch im Golgi Apparat z B die Fucosylierung die Mannosylierung und die Sialylierung C glykosidisch als C Mannosylierung Formylierung bei Prokaryoten im Formylmethionin Acetylierung durch Acetyltransferasen an Lysinen z B Histon Acetyltransferase Propionylierung Butyrylierung Crotonylierung Malonylierung Glutarylierung Succinylierung an Lysinen mit Succinat Succinierung an Cysteinen Anhangen eines Citrullin Rests CXCL10 Filaggrin mehrere Histone Methylierung z B asymmetrisches Dimethylarginin Histon Methyltransferasen an Lysinen Biotinylierung Amidierung z B am C Terminus Ubiquitinylierung an Lysinen zur Proteolyse SUMO Proteine engl Small Ubiquitin related Modifier zur Proteolyse Pupylierung an Lysinen zur Proteolyse in Prokaryoten Urmylierung Neddylierung Sampylierung in Archaeen ADP Ribosylierung z B durch die Poly ADP ribose Polymerase 1 Addition von Glutathion uber eine Disulfidbrucke beta Crystallin Glutaredoxin 2 Bindung an Chinone hauptsachlich beim Elektronentransport Flavinmodifikationen z B Flavinmononukleotid oder Flavin Adenin Dinukleotid Ham modifikationen z B Ham C an Lysinen Retinylidenmodifikation als Schiffsche Base aus Retinal bei Opsinen AdenylierungOrganische Lipidgruppen Bearbeiten Diese Lipidanker Modifikationen bewirken eine Adsorption an die Zellmembran GPI Anker Lipidmodifikationen durch Prenylierung zu Lipoproteinen z B Farnesylierung Geranylgeranylierung Lipidmodifikationen durch langkettige Acylierung mit Fettsauren zu Lipoproteinen z B Palmitoylierung und Myristoylierung Lipoylierung Liponsaure Modifikation z B an der Pyruvat Dehydrogenase durch die Lipoat ProteinligaseHinzufugen von Bindungen Bearbeiten das Knupfen von Disulfidbrucken zwischen benachbarten Cystein Resten zum Cystin etwa Insulin die Veranderung der Faltung durch Chaperone die Bildung von Proteinkomplexen aus Untereinheiten etwa Hamoglobin die Bildung von festen Strukturen uber kovalente Quervernetzungen etwa Kollagen Fibrillen Knupfung einer Isopeptidbindung bspw bei der Blutgerinnung Bildung einer Thioester Bindung zwischen Cys und Asn Gln u a Komplementkomponente C3 Bildung einer Thioether Bindung zwischen Cys und Ser Thr Amatoxine und weitere Bindung an grossere Molekule Bearbeiten die Verknupfung mit Coenzymen und prosthetischen Gruppen etwa Ham Hamoglobin Kovalente Bindung an DNA und RNA nur Viren kovalente Verankerung an Peptidoglycane in Zellwanden von BakterienVeranderung einzelner Aminosauren Bearbeiten L D Isomerisierung die Veranderung einer L Aminosaure zur D Aminosaure bisher nachgewiesen in mehreren Tiergruppen ausschliesslich Gifte der Amphibien Arthropoden Mollusken und des Schnabeltiers Vitamin K abhangige Carboxylierung eines Glutamat Rests zu g Carboxyglutamat Koagulation und calcifizierte Gewebe durch g Glutamylcarboxylase Umwandlung eines Lysin zu Hypusin N e 4 aminobutyl lysin Einziges bekanntes Protein eIF 5A Oxidation von einzelnen Aminosaureresten Crystalline Ringschluss von Glutaminsaure zur Pyroglutaminsaure Bildung von Formylglycin aus Cystein bei SulfatasenDiverses Bearbeiten Bildung eines stabilen Radikals Bakterien die Bindung Komplexierung von Ionen und niedermolekularen SubstanzenLiteratur BearbeitenJi Min Lee Henrik M Hammaren Mikhail M Savitski Sung Hee Baek Control of protein stability by post translational modifications In Nat Commun 14 1 2023 201 PDF H Lin X Su B He Protein lysine acylation and cysteine succination by intermediates of energy metabolism In ACS chemical biology 7 6 2012 947 960 ISSN 1554 8937 doi 10 1021 cb3001793 PMID 22571489 PMC 3376250 freier Volltext Weblinks BearbeitenUniProt Keyword PTM UniProt Controlled vocabulary of posttranslational modifications PTM Einzelnachweise Bearbeiten S Lee Post translational modification of proteins in toxicological research focus on lysine acylation In Toxicological research Band 29 Nummer 2 Juni 2013 S 81 86 doi 10 5487 TR 2013 29 2 081 PMID 24278632 PMC 3834447 freier Volltext Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Posttranslationale Modifikation amp oldid 234899212