Proteinmodifikationen – Acetylierung, Ubiquitinylierung, Phosphorylierung, SUMOylierung

Definition: Modifikation

Das kovalente Anhängen eines anderen Moleküls kann die Aktivität eines Enzyms oder anderen Proteinen modifizieren. In diesen Fällen stellt ein Spender Molekül einen funktionellen Teil, der die Eigenschaften des Enzyms ändert. Die meisten Modifikationen sind reversibel. Phosphorylierung und Dephosphorylierung sind die geläufigsten kovalenten Modifikationen in biologischen Systemen. Daneben gibt es aber noch weitere, z.B. Acetylierung, Ubiquitinylierung und SUMOylierung.

Arten von Modifikationen

Acetylierung

Acetylierung  am Beispiel von Glucosamin-6-Phosphate
Abbildung 1: Acetylierung am Beispiel von Glucosamin-6-Phosphate. CoA fungiert als Acetyltransferase und übertägt seine Acetylgruppe auf den Aminorest des Glucosamins.

Acetylierung und Deacetylierung spielen eine wichtige Rolle bei der Transkription von Genen. Konkreter gesagt, acetylierte Histone stehen in Verbindung mit aktiv transkribierten Genen, wohingegen methylierte Genabschnitte nicht transkribiert werden. Acetylierte und methylierte Genabschnitte dienen als Erkennungssequenzen für RNA- und DNA-Polymerasen.

Phosphorylierung

Phosphorylierung am Beispiel von Glucose
Abbildung 2: Phosphorylierung am Beispiel von Glucose. Glucose wird mit Hilfe der Hydrolyse von ATP zu ADP am C6-Atom durch eine Hexokinase phosphoryliert.

Phosphorylierungen dienen in der Regel zur Aktivierung und Regulation von Molekülen, meistens Enzymen.

Ubiquitinylierung

Ubiquitinylierung am Beispiel eines zytosolischen Proteins
Abbildung 3: Ubiquitinylierung am Beispiel eines zytosolischen Proteins. 1.) Enzym E1 wird durch Anhängen von Ubiquitin aktiviert und danach wird Ubiquitin auf E2 übertragen. Eine Ubiquitin Ligase (E3) überträgt das gebundene Ubiquitin auf die Aminogruppe (-NH2) eines Lysins des abzubauenden Proteins. Zusätzliche Ubiquitinmoleküle werden dem abzubauenden Protein durch wiederholen der Schritte 1-3 hinzugefügt. Das polyubiquitinylierte Protein erhält so die Erkennungssequenz für das Proteasom und die damit verbundene Degradation.

SUMOylierung

SUMOylierung
Abbildung 4: SUMOylierung

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Literatur

  1. Stryer et al. Biochemistry 5th Edition, Ch. 10.4, p. 423
  2. Anti-phosphorylation affintiy beads (Cat. # BK160), Law A. et al. 2015. Temporal regulation of phosphotyrosine-modified Rac1 in response to epidermal growth factor (EGF) stimulation. American Society for Cell Biology, 2015, Poster P2126.
  3. Anti-acetyl-lysine monoclonal antibody (Cat. # AAC01), LaBarge et al. 2015. p300 is not required for metabolic adaptation to endurance exercise training. The FASEB Journal article doi: 10.1096/fj.15-281741. This paper uses anti-acetyl lysine to probe extracts of transgenic mouse muscle tissue, looking for the effects of a knocked out HDAC gene.