Ubiquitin

Ubiquitin besteht aus 76 Aminosäuren und hat eine Molekülmasse von 8,6 kDa. In der Sekundärstruktur ist es aus einem β-Faltblatt, bestehend aus fünf antiparallelen β-Strängen, und einer α-Helix zusammengesetzt. Die Tertiärstruktur ist überwiegend globulär. Die Primärsequenz und entsprechend die Struktur von Ubiquitin ist hochkonserviert. Das Protein in dem einfachen Eukaryoten Saccharomyces cerevisiae unterscheidet sich in nur 3 Aminosäuren von dem Protein im Menschen.

Ubiquitin kann auf verschiedene Weisen an ein Protein gebunden werden. Grundsätzlich unterscheidet man die Monoubiquitinierung, bei der nur einzelne Ubiquitin-Moleküle gebunden werden, von der Polyubiquitinierung, bei der sich Polyubiquitinketten ausbilden. Ubiquitin wird über eine Enzym-Kaskade aktiviert. Die Bindung an das Zielprotein erfolgt durch die Interaktion zwischen einem C-terminalen Glycin des Ubiquitins und der Aminogruppe eines Lysinrestes im Zielprotein. Dabei wird eine Isopeptidbindung ausgebildet.

Bei der Polyubiquitinierung kann die Verknüpfung der Ubiquitine miteinander über 7 verschiedene Lysinreste erfolgen: K6, K11, K27, K29, K33, K48 und K63. Je nach dem, welche Reste für die Bindung genutzt werden, entstehen Ketten mit unterschiedlicher Struktur. Außerdem können über das N-terminale Methionin lineare Polyubiquitinketten gebildet werden.

Je nach Art der Ubiquitinierung hat die posttranslationale Modifikation verschiedene Funktionen. K48- und K11-gekoppelte Polyubiquitinketten führen zum Abbau im Proteasom. Ubiquitinierung an K63 verändert die Funktion des Substrats durch Konformationsänderungen und spielt eine Rolle in der DNA-Reparatur, Endozytose, Stressantwort und Signaltransduktion. Über K63-gekoppelte Ubiquitinierung wird zum Beispiel der Transkriptionsfaktor NF-kB aktiviert. Hier ist auch die lineare Ubiqutinierung über das N-terminale Methionin beteiligt.