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„Anstandsdamen“ helfen Proteinen beim Falten

Chaperone sind die heimlichen Helden der Proteinfaltung

Die Faltung der Aminosäurekette kann eine ziemlich komplizierte Angelegenheit sein. Zum Glück müssen die Proteine da nicht alleine durch, sondern bekommen Hilfe dabei, ihre Aminosäureketten auf die richtige Art und Weise zu verknoten. Diese Hilfe kommt in Form von Hitzeschockproteinen, bekannt als Chaperone, die in allen Zelltypen vorkommen.

Chaperonin
Das Chaperonin bildet einen zylinderförmigen Käfig. Im Inneren wird das ungefaltete Protein eingeschlossen und der Faltungsprozess kann beginnen. © P99am/Splette, CC-by-sa 3.0

Chaperone verhindern ein Kuddelmuddel beim Falten

Chaperon ist ein französischen Begriff für „Anstandsdame“. Während früher die Anstandsdamen darauf achteten, dass unverheiratete Mädchen anständig blieben, passen sie in unseren Zellen darauf auf, dass Proteine im Reifungsprozess während der Faltung keinen schädlichen Einflüssen unterliegen und korrigieren ihre Faltungsfehler.

Die wichtigste Aufgabe der Chaperone ist es, Proteine vor einer Aggregation, also einer Akkumulierung und Verklumpung von falsch gefalteten Aminosäureketten, zu bewahren. Der Hauptauslöser für eine solche Aggregation ist die Interaktion von hydrophoben Seitenketten verschiedener Proteine, die aufgrund des ungefalteten Zustands noch nicht im Inneren des Proteins verborgen liegen.

Benimmkurse in der Zelle

Auch Chaperone könnten ihre Arbeit jedoch nicht machen, wäre da nicht ihre spezielle räumliche Struktur. Die zylindrischen Chaperonine, einer der wichtigsten Bestandteile des Chaperon-Systems, bilden käfigartige Strukturen. In einer innenliegenden Kammer schließen sie das noch ungefaltete Protein ein. Damit wird das Protein vor Störfaktoren geschützt und ein Raum geschaffen, indem eine Aggregation mit anderen ungefalteten Proteinen verhindert wird. Die wichtigste Funktion dieser Hohlzylinder ist dabei, die exponierten hydrophoben Aminosäuren vor anderen Proteinen abzuschirmen.

Hydrophober Effekt
Beim hydrophoben Effekt, werden die wasserabweisenden Aminosäuren (rot) im Inneren des Proteins verborgen. Dieser Effekt ist Teil des Faltungsprozess. © Fleischer / Scinexx

Das Protein verbleibt solange im Chaperonin-Käfig, bis alle hydrophoben Seitenketten im Inneren des Proteins verschwunden sind und das Protein seine native Faltung erreicht hat. Dies erklärt auch gleichzeitig, wie die Chaperonine zwischen gefalteten und ungefalteten Proteinen unterschieden können. Denn befinden sich noch hydrophobe Strukturen auf der Oberfläche, fungieren die wie ein Schild auf dem steht: Hey, ich bin noch ungefaltet.

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Eine weitere Art der Faltungshelfer sind die Hsp70-Proteine, die im von Ribosomen überfüllten Teil der Zelle zum Einsatz kommen. Diese kleinen Chaperone binden noch während der Proteinsynthese am Ribosom an die austretende Aminosäurekette und verhindern so, dass sie nicht mit anderen Ketten aus benachbarten Ribosomen interagieren kann.

Chaperone können auch Verklumpungen lösen

Doch manchmal nützt der beste Benimmkurs nichts: Manche Proteine haben sich trotz aller Bemühungen falsch gefaltet und als Folge mit anderen Proteinen Aggregate gebildet. Ist die Aggregatbildung noch in einem frühe Stadium, können die Chaperone das Ruder nochmal herumreißen und die aggregierten Proteine wieder auflösen und zurückfalten.

Die Chaperone können ihre Arbeit als Faltungshelfer oft nur unter Verbrauch des chemischen Energieträgers Adenosintriphosphat (ATP) durchführen. Dass dabei mitunter sehr viel Energie verbraucht wird, macht deutlich, wie wichtig die korrekte Faltung der Proteine für die Zelle ist.

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Das Geheimnis der Proteinfaltung
Wie die dreidimensionale Struktur den Proteinen ihre Funktion verleiht

Proteinstruktur bestimmt Proteinfunktion
Ohne die korrekte Faltung können Proteine nicht funktionieren

Von der Aminosäurekette zum funktionstüchtigen Protein
Mehrere Strukturschichten führen zur korrekten Proteinfaltung

"Anstandsdamen" helfen Proteinen beim Falten
Chaperone sind die heimlichen Helden der Proteinfaltung

Proteine auf dem Weg zur Energieminimierung
Physikalische Gesetze "lenken" Proteine zur optimalen Faltung

Fatale Fehlfaltung
Wenn falsche Proteinstrukturen krankmachen

KI als Faltungs-Knacker
Vorhersage der 3D-Struktur von Proteinen

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