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Proteindomäne Eine ist ein Bereich eines Proteins mit stabiler meist kompakter Faltungsstruktur der funktional und struk

Proteindomäne

Eine Proteindomäne ist ein Bereich eines Proteins mit stabiler, meist kompakter Faltungsstruktur, der funktional und strukturell (quasi-)unabhängig von benachbarten Abschnitten ist.

Eigenschaften Bearbeiten

Ein Protein kann aus einer einzelnen Domäne oder aus mehreren bestehen. Eine Domäne entspricht dabei meist einem zusammenhängenden Abschnitt der Aminosäuresequenz. Ausnahmen sind die zwei- und mehrteiligen Proteindomänen (engl. bi- and multipartite domains) z. B. die POU-Domäne. Nicht die gesamte Proteinkette besteht aus Domänen. Eine Domäne ist oftmals aus Bündeln von Sekundärstrukturen wie α-Helices und β-Faltblattstrukturen aufgebaut, mit verbindenden Kurven (engl. turn) zwischen den Sekundärstrukturen. Kleine Domänen sind oft durch eine Komplexbindung von Metallionen oder durch Disulfidbrücken stabilisiert. Innerhalb einer Proteindomäne befinden sich oftmals typische Strukturmotive.

Die Länge von Domänen variiert zwischen 30 und mehr als 400 Aminosäuren, typischerweise liegt sie etwa zwischen 100 und 200 Aminosäuren. Die Länge von Domänen wird vermutlich von Zwängen bei der Proteinfaltung nach oben hin begrenzt, da mit der Länge der Kette die Schwierigkeit der korrekten Faltung stark zunimmt. Der modulare Aufbau von Proteinen aus verschiedenen Domänen ist teilweise dadurch erklärbar.

Aufgrund der sich aus der Primär- und Sekundärstruktur ergebenden Tertiärstruktur bleiben Proteindomänen in der Regel auch funktional, wenn sie aus dem größeren Protein, dessen Bestandteil sie bilden, herausgeschnitten werden. Die Tertiärstruktur setzt sich aus den aufeinanderfolgenden Proteindomänen zusammen. Proteindomänen sind entweder unbeweglich aneinander gebunden oder durch flexible Abschnitte (engl. linker) mit variabler Faltungsstruktur miteinander verbunden, an denen sie, wie an einem Gelenk oder Scharnier (engl. hinge), gegeneinander beweglich sind. Häufig entsprechen diese Bereiche zwischen den Domänen einer Einschnürung oder Furche der Außenkontur des Proteins. In vielen Fällen sind diese durch weitere Abschnitte die wie ein Arm von einer Domäne zur nächsten reichen, partiell fixiert. Innerhalb desselben Proteins kann eine Domäne mehrfach hintereinander vorkommen oder verschiedene Domänen miteinander kombiniert sein. Oft sind für eine bestimmte Funktion, z. B. Substratbindung, mehrere Domänen nötig. In einigen Fällen entsprechen Domänen in ihrer Abgrenzung exakt Exons der DNA, zum Beispiel in Immunglobulinen, können also auch als genetische Einheiten definiert werden. Dies gilt aber nicht in jedem Fall.

Viele Proteine sind modular aus einer Zusammenstellung verschiedener Proteindomänen aufgebaut, die nur in ihrer Kombination die spezifische Funktion des Proteins wahrnehmen können. So bestehen Transkriptionsfaktoren in der Regel aus mindestens einer DNA-bindenden Domäne sowie einer Transaktivierungsdomäne, welche an der Initiation der Transkription beteiligt ist. Als ein weiteres Beispiel können Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktionsproteine angeführt werden: Hier bewirken verschiedene Bindedomänen in z. T. variabler Zusammenstellung eine bestimmte Substratspezifität.

Eine Proteindomäne kann dabei in über hundert verschiedenen Proteinen Verwendung finden, welche sich jedoch untereinander in der Kombination ihrer jeweiligen funktionellen Domänen unterscheiden. Dies ermöglicht evolutionär eine erhöhte Geschwindigkeit in der Entstehung neuer Proteine, da bereits vorhandene Bausteine schnell zusammengestellt werden können. Hierbei wirken vor allem zwei Mechanismen: nicht-allelische homologe Rekombination und Transposon-vermittelte Insertion eines DNA-Abschnittes an andere Stelle in das Genom.

Domänen unbekannter Funktion (DUFs) Bearbeiten

Viele Proteindomänen haben keine bekannte Funktion. Sie werden Domänen unbekannter Funktion (engl. domain of unknown function, DUF) genannt. Solche Domänen sind erstaunlich häufig. Beispielsweise wurden in Bakterien ca. 2700 verschiedene DUFs identifiziert. In Eukaryonten gibt es ca. 1500 DUFs, von denen ca. 800 auch in Bakterien vorkommen (Stand: 2013). Goodacre et al. (2013) haben außerdem 238 essentielle DUFs (eDUFs) in Bakterien identifiziert, deren Entfernung sich als tödlich für die Zellen erwies.

Datenbanken zu Proteindomänen Bearbeiten

Pfam Bearbeiten

Pfam beinhaltet die Familien von Proteindomänen. Mit Hilfe bekannter Domänen kann der Benutzer über einem Sequenzvergleich in einem unbekannten Protein auf eine ähnlich Funktion oder eine evolutionäre Verwandtschaft schließen.

ProDom Bearbeiten

ProDom enthält Proteindomänen, die von Sequenzen aus SWISS-PROT und TrEMBL stammen. Weiterhin kann die Domänenstruktur eines Proteins graphisch dargestellt werden.

SMART Bearbeiten

SMART ist die Abkürzung für Simple Modular Architecture Research Tool und ist eine Datenbank über Familien von Proteindomänen. Zu diesen kann der Benutzer Auskunft über Funktion, wichtige Aminosäuren, phylogenetische Entwicklung und der Tertiärstruktur erhalten.

CDD Bearbeiten

CDD steht für Conserved Domain Database und ist eine Datenbank, bei der man Domänen und das dazugehörige Sequenzalignment abfragen kann. Die Einträge sind hier aus Pfam, SMART und COG abgeleitet.

HITS Bearbeiten

Mit der HITS-Datenbank kann man Proteindomänen abfragen.

InterPro Bearbeiten

Über die InterPro sind eine Beschreibung der Funktion der Proteinfamilie, Literaturreferenzen und Querverweise abrufbar. Informationen werden dabei durch Integration verschiedener Datenbanken wie PROSITE, PRINTS, Pfam und ProDom zusammengestellt.

Identifikation von Domänen Bearbeiten

2ZIP Bearbeiten

Mit Hilfe von 2ZIP lassen sich Vorhersagen über Leucin-Zipper-Domänen machen.

3Dee Bearbeiten

Diese Datenbank enthält Definitionen von Proteindomänen.

DALI Domain Dictionary Bearbeiten

Das DALI-Wörterbuch der Domänen macht eine automatische Klassifikation von Proteindomänen auf der Basis von Sequenzübereinstimmungen. Mit diesem Wörterbuch kann der Benutzer 3-D-Proteinstrukturen vergleichen und strukturelle Domänen identifizieren, die sich in zwei verschiedenen Proteinen ähneln, obwohl sich die Sequenzen voneinander unterscheiden.

Proteindomänen Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Jane S. Richardson: The anatomy and Taxonomy of Protein structure. In: Advances in protein chemistry, Band 34, 1981, S. 167-339,doi:10.1016/s0065-3233(08)60520-3, PMID 7020376, ScienceDirect.
    Erweiterte Online-Version: The Anatomy & Taxonomy of Protein Structure, Epub 2007.
  2. N. Dekker, M. Cox, R. Boelens, C. P. Verrijzer, P. C. van der Vliet, R. Kaptein: Solution structure of the POU-specific DNA-binding domain of Oct-1. In: Nature (1993), Band 362, Ausgabe 6423, S. 852–855. PMID 8479524.
  3. Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer: Biochemie. 6 Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2007. ISBN 978-3-8274-1800-5. S. 63.
  4. Tom Strachan, Andrew Read: Human Molecular Genetics; Garland Science, 4. Auflage, 2011; S. 315; ISBN 978-0-8153-4149-9.
  5. ↑ N. F. Goodacre, D. L. Gerloff, P. Uetz: Protein domains of unknown function are essential in bacteria. In: mBio. Band 5, Nummer 1, 2013, S. , ISSN 2150-7511. doi:10.1128/mBio.00744-13. PMID 24381303.

Literatur Bearbeiten

  • Donald Voet, Judith G. Voet: Biochemistry. 3. Auflage, John Wiley & Sons, New York 2004. ISBN 0-471-19350-X.
  • E. Buxbaum: Fundamentals of Protein Structure and Function, Springer, New York 2007. ISBN 978-0-387-26352-6.
  • Bastien D. Gomperts, Ijsbrand M. Kramer, Peter E. R. Tatham: Signal transduction, Academic Press, 2009, ISBN 978-0-12-369441-6.
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Veröffentlichungsdatum:
Eine Proteindomane ist ein Bereich eines Proteins mit stabiler meist kompakter Faltungsstruktur der funktional und strukturell quasi wbr unabhangig von benachbarten Abschnitten ist 1 Inhaltsverzeichnis 1 Eigenschaften 2 Domanen unbekannter Funktion DUFs 3 Datenbanken zu Proteindomanen 3 1 Pfam 3 2 ProDom 3 3 SMART 3 4 CDD 3 5 HITS 3 6 InterPro 4 Identifikation von Domanen 4 1 2ZIP 4 2 3Dee 4 3 DALI Domain Dictionary 5 Proteindomanen 6 Einzelnachweise 7 LiteraturEigenschaften BearbeitenEin Protein kann aus einer einzelnen Domane oder aus mehreren bestehen Eine Domane entspricht dabei meist einem zusammenhangenden Abschnitt der Aminosauresequenz Ausnahmen sind die zwei und mehrteiligen Proteindomanen engl bi and multipartite domains z B die POU Domane 2 Nicht die gesamte Proteinkette besteht aus Domanen Eine Domane ist oftmals aus Bundeln von Sekundarstrukturen wie a Helices und b Faltblattstrukturen aufgebaut mit verbindenden Kurven engl turn zwischen den Sekundarstrukturen Kleine Domanen sind oft durch eine Komplexbindung von Metallionen oder durch Disulfidbrucken stabilisiert Innerhalb einer Proteindomane befinden sich oftmals typische Strukturmotive Die Lange von Domanen variiert zwischen 30 und mehr als 400 Aminosauren 3 typischerweise liegt sie etwa zwischen 100 und 200 Aminosauren Die Lange von Domanen wird vermutlich von Zwangen bei der Proteinfaltung nach oben hin begrenzt da mit der Lange der Kette die Schwierigkeit der korrekten Faltung stark zunimmt Der modulare Aufbau von Proteinen aus verschiedenen Domanen ist teilweise dadurch erklarbar Aufgrund der sich aus der Primar und Sekundarstruktur ergebenden Tertiarstruktur bleiben Proteindomanen in der Regel auch funktional wenn sie aus dem grosseren Protein dessen Bestandteil sie bilden herausgeschnitten werden Die Tertiarstruktur setzt sich aus den aufeinanderfolgenden Proteindomanen zusammen Proteindomanen sind entweder unbeweglich aneinander gebunden oder durch flexible Abschnitte engl linker mit variabler Faltungsstruktur miteinander verbunden an denen sie wie an einem Gelenk oder Scharnier engl hinge gegeneinander beweglich sind Haufig entsprechen diese Bereiche zwischen den Domanen einer Einschnurung oder Furche der Aussenkontur des Proteins In vielen Fallen sind diese durch weitere Abschnitte die wie ein Arm von einer Domane zur nachsten reichen partiell fixiert Innerhalb desselben Proteins kann eine Domane mehrfach hintereinander vorkommen oder verschiedene Domanen miteinander kombiniert sein Oft sind fur eine bestimmte Funktion z B Substratbindung mehrere Domanen notig In einigen Fallen entsprechen Domanen in ihrer Abgrenzung exakt Exons der DNA zum Beispiel in Immunglobulinen konnen also auch als genetische Einheiten definiert werden Dies gilt aber nicht in jedem Fall Viele Proteine sind modular aus einer Zusammenstellung verschiedener Proteindomanen aufgebaut die nur in ihrer Kombination die spezifische Funktion des Proteins wahrnehmen konnen So bestehen Transkriptionsfaktoren in der Regel aus mindestens einer DNA bindenden Domane sowie einer Transaktivierungsdomane welche an der Initiation der Transkription beteiligt ist Als ein weiteres Beispiel konnen Zell Zell und Zell Matrix Interaktionsproteine angefuhrt werden Hier bewirken verschiedene Bindedomanen in z T variabler Zusammenstellung eine bestimmte Substratspezifitat Eine Proteindomane kann dabei in uber hundert verschiedenen Proteinen Verwendung finden welche sich jedoch untereinander in der Kombination ihrer jeweiligen funktionellen Domanen unterscheiden Dies ermoglicht evolutionar eine erhohte Geschwindigkeit in der Entstehung neuer Proteine da bereits vorhandene Bausteine schnell zusammengestellt werden konnen Hierbei wirken vor allem zwei Mechanismen nicht allelische homologe Rekombination und Transposon vermittelte Insertion eines DNA Abschnittes an andere Stelle in das Genom 4 Domanen unbekannter Funktion DUFs BearbeitenViele Proteindomanen haben keine bekannte Funktion Sie werden Domanen unbekannter Funktion engl domain of unknown function DUF genannt Solche Domanen sind erstaunlich haufig Beispielsweise wurden in Bakterien ca 2700 verschiedene DUFs identifiziert In Eukaryonten gibt es ca 1500 DUFs von denen ca 800 auch in Bakterien vorkommen Stand 2013 5 Goodacre et al 2013 haben ausserdem 238 essentielle DUFs eDUFs in Bakterien identifiziert deren Entfernung sich als todlich fur die Zellen erwies 5 Datenbanken zu Proteindomanen BearbeitenPfam Bearbeiten Pfam beinhaltet die Familien von Proteindomanen Mit Hilfe bekannter Domanen kann der Benutzer uber einem Sequenzvergleich in einem unbekannten Protein auf eine ahnlich Funktion oder eine evolutionare Verwandtschaft schliessen ProDom Bearbeiten ProDom enthalt Proteindomanen die von Sequenzen aus SWISS PROT und TrEMBL stammen Weiterhin kann die Domanenstruktur eines Proteins graphisch dargestellt werden SMART Bearbeiten SMART ist die Abkurzung fur Simple Modular Architecture Research Tool und ist eine Datenbank uber Familien von Proteindomanen Zu diesen kann der Benutzer Auskunft uber Funktion wichtige Aminosauren phylogenetische Entwicklung und der Tertiarstruktur erhalten CDD Bearbeiten CDD steht fur Conserved Domain Database und ist eine Datenbank bei der man Domanen und das dazugehorige Sequenzalignment abfragen kann Die Eintrage sind hier aus Pfam SMART und COG abgeleitet HITS Bearbeiten Mit der HITS Datenbank kann man Proteindomanen abfragen InterPro Bearbeiten Uber die InterPro sind eine Beschreibung der Funktion der Proteinfamilie Literaturreferenzen und Querverweise abrufbar Informationen werden dabei durch Integration verschiedener Datenbanken wie PROSITE PRINTS Pfam und ProDom zusammengestellt Identifikation von Domanen Bearbeiten2ZIP Bearbeiten Mit Hilfe von 2ZIP lassen sich Vorhersagen uber Leucin Zipper Domanen machen 3Dee Bearbeiten Diese Datenbank enthalt Definitionen von Proteindomanen DALI Domain Dictionary Bearbeiten Das DALI Worterbuch der Domanen macht eine automatische Klassifikation von Proteindomanen auf der Basis von Sequenzubereinstimmungen Mit diesem Worterbuch kann der Benutzer 3 D Proteinstrukturen vergleichen und strukturelle Domanen identifizieren die sich in zwei verschiedenen Proteinen ahneln obwohl sich die Sequenzen voneinander unterscheiden Proteindomanen BearbeitenFERM Domane Protein transduction domainEinzelnachweise Bearbeiten Jane S Richardson The anatomy and Taxonomy of Protein structure In Advances in protein chemistry Band 34 1981 S 167 339 doi 10 1016 s0065 3233 08 60520 3 PMID 7020376 ScienceDirect Erweiterte Online Version The Anatomy amp Taxonomy of Protein Structure Epub 2007 N Dekker M Cox R Boelens C P Verrijzer P C van der Vliet R Kaptein Solution structure of the POU specific DNA binding domain of Oct 1 In Nature 1993 Band 362 Ausgabe 6423 S 852 855 PMID 8479524 Jeremy M Berg John L Tymoczko Lubert Stryer Biochemie 6 Auflage Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg 2007 ISBN 978 3 8274 1800 5 S 63 Tom Strachan Andrew Read Human Molecular Genetics Garland Science 4 Auflage 2011 S 315 ISBN 978 0 8153 4149 9 a b N F Goodacre D L Gerloff P Uetz Protein domains of unknown function are essential in bacteria In mBio Band 5 Nummer 1 2013 S ISSN 2150 7511 doi 10 1128 mBio 00744 13 PMID 24381303 Literatur BearbeitenDonald Voet Judith G Voet Biochemistry 3 Auflage John Wiley amp Sons New York 2004 ISBN 0 471 19350 X E Buxbaum Fundamentals of Protein Structure and Function Springer New York 2007 ISBN 978 0 387 26352 6 Bastien D Gomperts Ijsbrand M Kramer Peter E R Tatham Signal transduction Academic Press 2009 ISBN 978 0 12 369441 6 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Proteindomane amp oldid 218471391