Posttranslationale Modifikation

Durch die posttranslationale Modifikation können die Eigenschaften eines Proteins verändert werden. Die Addition von geladenen Gruppen wie Phosphatgruppen oder hydrophoben Molekülen wie Lipiden kann z.B. die Bindeeigenschaften eines Protein zu anderen Proteinen oder Membranen verändern. Da viele Modifikationen reversibel sind, kann so eine gezielte und kurzfristige Interaktion zwischen verschiedenen zellulären Komponenten hervorgerufen werden. Posttranslationale Modifikationen spielen dadurch z.B. eine besondere Rolle in der Signaltransduktion und sind generell für die Funktion und Aktivität der Proteine von Bedeutung.

Im Allgemeinen können in jedem Zellorganell und im Extrazellulärraum posttranslationale Modifikationen stattfinden. Es existieren dennoch organellspezifische Einschränkungen für Reaktionen wie z.B. Glykosylierungen.

Je nach gebundenem Molekül können verschiedene Arten der posttranslationalen Modifikationen unterschieden werden. Die bekanntesten Formen sind folgende:

Bei der Glykosylierung werden Kohlenhydrate an die Polypeptidkette gebunden. Die häufigsten Formen der Protein-Glykosylierung sind die N-Glykosylierung und die O-Glykosylierung, die danach unterschieden werden, an welcher Aminosäuren die Glykosylierung erfolgt. Die Reaktion findet im Lumen des Endoplasmatischen Retikulum und des Golgi-Apparats statt. Beispiele für glykosylierte Proteine sind viele Plasmaproteine oder Proteine, die Teil der extrazellulären Matrix sind.

Bei der Lipidierung werden Lipide an Proteine gebunden. Zu den häufigsten Formen der Lipidierung gehören die Myristoylierung, Palmitoylierung, Prenylierung und das Anfügen eines GPI-Ankers. Das gebundene Lipid wird oft auch als Lipidanker bezeichnet, da Proteine über diesen in Membranen verankert werden können.

Bei der Phosphorylierung werden einzelne Phosphatgruppen an spezifische Aminosäurereste angefügt. Dies erfolgt typischerweise an Serinen, Tyrosinen und Threoninen und wird durch spezifische Kinasen katalysiert. Die Phosphorylierung gehört zu den reversiblen Modifikationen und kann durch Phosphatasen wieder rückgängig gemacht werden.

Neben diesen Arten der posttranslationalen Modifikation können viele weitere Moleküle gebunden werden. Dazu gehören unter anderem die:

• Acetylierung
• Ubiquitinierung bzw. Polyubiquitinierung
• SUMOylierung
• Neddylierung
• Sulfatierung
• Methylierung
• Hydroxylierung
• S-Nitrosylierung
• Carboxylierung
• Proteolytische Prozessierung
• Acylierung
  • Myristoylierung
  • Palmitoylierung
• Isoprenylierung
  • Farnesylierung
• ADP-Ribosylierung

Zu den posttranslationalen Modifikationen gehört außerdem die kovalente Bindung von Cofaktoren an Enzyme wie z.B. Coenzym A oder Biotin (Biotinylierung) und die Ausbildung von Disulfidbrücken.

• Rassow et al., Duale Reihe Biochemie, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 4. Auflage