Heim

Proteasom

Proteasom
Kategorie Peptidase (Hydrolase)
Reaktionsart Proteolyse
Substrate ubiquitin(yl)ierte Proteine

Das Proteasom ist ein Proteinkomplex von 1.700 kDa, der im Cytoplasma und im Zellkern (bei Eukaryoten) Proteine zu Fragmenten abbaut und daher zu den Peptidasen (auch Proteasen) zählt.

Inhaltsverzeichnis

Struktur

Das Proteasom in Eukaryoten besteht aus einer 20S- und zwei 19S-Untereinheiten, die ihrerseits wieder aus mehreren Proteinen zusammengesetzt sind. Den Proteasomen von Prokaryoten fehlen die 19S-Untereinheiten. Die Größe des Proteasoms ist 17x11nm.

20S-Untereinheit

Die 20S-Untereinheit hat die Form eines hohlen Zylinders und wirkt als multikatalytische Protease. Sie besteht aus vier Ringen, den beiden inneren aus β-Einheiten und den beiden äußeren aus α-Einheiten. Die äußeren Ringe sind für den Proteinzugang zuständig. Es können nur entfaltete Proteine in das Proteasom gelangen, da der Durchmesser für Tertiärstrukturen zu gering ist. An der Innenwand der β-Ringe ist die proteolytische Aktivität lokalisiert.

19S-Untereinheit

Die 19S-Komplexe sitzen bei Eukaryoten als Deckel (cap) auf den beiden Öffnungen des 20S-Komplexes. Sie regulieren den Zugang zum 20S-Komplex und erkennen und entfalten zum Abbau bestimmte Proteine. Die 19S-Untereinheiten sind aus Rpn- und Rpt-Proteinen aufgebaut. Rpn erkennt die für den Abbau markierten Proteine anhand von Ubiquitinmolekülen und bindet diese. Rpt dagegen hydrolysiert Adenosintriphosphat (ATP), so dass nötige Energie gewonnen wird. (nur entfaltete Proteine passen in den 20S-Komplex hinein).

Zielproteine

Proteine, die abgebaut werden sollen, werden in einem mehrstufigen enzymatischen Prozess mit einer Polyubiquitin-Kette markiert, welche von den 19S-Komplexen erkannt wird. Ubiquitin ist ein kleines Molekül mit einer Molekülmasse von 8,5 kDa. Die Polyubiquitin-Kette wird beim Abbau in ihre einzelnen Ubiquitin-Moleküle zerlegt, die dann wiederverwendet werden können. Der Proteinabbau ist für die Zelle lebensnotwendig. So werden metabolische Enzyme, Transkriptionsfaktoren oder auch den Zellzyklus regulierende Proteine wie Cykline, CDK-Inhibitoren degradiert. Ebenso werden fehlerhafte Proteine abgebaut. Auch die Peptide, die an den MHC I-Komplex gebunden auf der Oberfläche der Zelle dem Immunsystem präsentiert werden, werden im Proteasom prozessiert.

Bedeutung

Diese Funktionen machen das Proteasom zu einem zentralen Schalter innerhalb der Zelle. Als dieser und insbesondere auch wegen seiner Funktionen im Zellzyklus wird das Proteasom als ein mögliches Ziel für die Therapie verschiedener Krankheiten, u.a. von Krebserkrankungen, angesehen. Proteasominhibitoren, d.h. chemische Substanzen, die die Aktivität des Proteasoms hemmen, sind zur Zeit in der klinischen Untersuchung als Medikamente gegen bestimmte Tumoren und neurodegenerative Krankheiten, wie z.B. Chorea Huntington. Der erste zugelassene Proteasominhibitor, Bortezomib, ist wirksam gegen das Multiple Myelom, eine maligne Plasmazellerkrankung.

Literatur