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Prof. Dr. Franz-Ulrich Hartl

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Proteinfaltung

Proteine sind kettenartige Eiweiß-Riesenmoleküle, die sich zu komplizierten dreidimensionalen Formen falten. Dieser Prozess durchläuft eine Qua­li­tätskontrolle, kann aber dennoch fehlschlagen. Falsch gefaltete Proteine können sich zu Klumpen zusammenlagern, die für die Zelle gefährlich werden. Bei verschiedenen altersbedingten Krankheiten wie etwa der Alzheimerdemenz sammeln sich solche Aggregate an. Neue Therapieansätze zielen darauf ab, die Proteinablagerungen abzubauen oder ihre Entstehung zu verhindern.

Ohne Proteine läuft nichts. Jede unserer Körperzellen enthält Tausende dieser Eiweißstoffe, die ebenso vielfältige wie lebensnotwendige Aufgaben erfüllen: Sie ermöglichen unzählige chemische Reaktionen, geben den Zellen Halt und Form und vermitteln unterschiedlichste Signale. Jedes Protein besteht aus durchschnittlich 100 bis 500 Aminosäuren, die zu einer Kette verknüpft sind. Funktionsfähig wird eine neu hergestellte Aminosäurekette aber erst, wenn sie sich zu einer komplexen und hochspezifischen dreidimensionalen Gestalt gefaltet hat1 – auf den ersten Blick eine unlösbar scheinende Aufgabe, da jede Kette Abertausende verschiedener Formen bilden kann.

AUSGEKLÜGELTE FALTUNG

<b>Bild 1 | Röntgenkristallographische Darstellung eines dreidimensional gefalteten Maltosebindungsproteins</b> Bild vergrößern
Bild 1 | Röntgenkristallographische Darstellung eines dreidimensional gefalteten Maltosebindungsproteins

Die meisten Proteine nehmen dennoch schnell und effizient die richtige Gestalt an. Wie gelingt das? Des Rätsels Lösung liegt in den Eigenschaften der verschiedenen Aminosäuren eines Proteins: Einige von ihnen lagern sich gern an Wassermoleküle an, andere stoßen diese eher ab. Die beiden Grundtypen kommen in den einzelnen Abschnitten der Aminosäurekette unterschiedlich häufig vor. Sie bilden den Motor, der den Faltungsprozess antreibt: Wasser abweisende Aminosäuren haften aneinander und bilden einen kompakten Kern, während sich die anderen eher an der Proteinoberfläche anordnen. Das sorgt dafür, dass der Eiweißstoff im wasserhaltigen Körperinneren als stabiles und biologisch aktives Molekül seine Aufgabe erfüllen kann. Bei größeren Proteinen falten sich unterschiedliche Teile erst getrennt voneinander zu so genannten Domänen, die sich dann ihrerseits aneinanderlagern.

Für diese schwierige und komplexe Aufgabe hat die Zelle ein eigenes System zur Qualitätskontrolle entwickelt2,3. In den späten 1980er Jahren fanden Forscher ­spezialisierte Proteine, welche die falsche Faltung von Aminosäureketten vermeiden helfen. Diese molekularen Chaperone (»Anstandsdamen«) binden die Proteine und schützen sie, solange sie noch nicht fertig oder nicht richtig gefaltet sind.

FEHLER TROTZ KONTROLLE

Eine spezielle Gruppe solcher Helfermoleküle, die so genannten Chaperonine, erinnern an kleine Treteimer mit einem Loch im Boden. Sie nehmen ungefaltete Proteine auf, die darin ungestört ihre korrekte dreidimensionale Form einnehmen können. Danach öffnet sich der Deckel des Chaperonins, das fertige Molekül kommt heraus und kann seine Arbeit aufnehmen. Zusätzlich besitzt jede Zelle ein Proteasom: eine Art Recyclingzentrum, das nicht benötigte oder falsch gefaltete Eiweißstoffe in kleine Fragmente zerlegt, aus denen dann wieder neue Proteine entstehen können.

 
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