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Proteine falten sich zu energetisch günstigen Strukturen, mit ihren hydrophoben Aminosäuren auf der Innenseite und ihren geladenen und polaren Aminosäuren auf der Außenseite. Einige Proteine falten sich leicht von selbst, aber viele werden von Proteinen, den sogenannten Chaperonen, zur korrekten Faltung angeleitet.
Manchmal falten sich Proteine in falsche Formen, die oft als fehlgefaltete Proteine bezeichnet werden, die vom Proteasom abgebaut werden.
Eine unzureichende zelluläre Überwachung, wie z. B. nicht funktionierende Chaperone oder Proteasomen aufgrund von Alterung oder Krankheit, kann dazu führen, dass Proteine in abnormalen Formen bleiben.
Mutationen können zu einer Fehlfaltung von Proteinen führen, wenn die ursprüngliche Proteinform ungünstiger wird.
Extrinsische Faktoren, wie physikalische oder chemische Veränderungen im Zytoplasma, zwingen richtig gefaltete Proteine in neue Strukturen, die für die neue Umgebung geeignet sind.
Unabhängig vom Mechanismus kann die Fehlfaltung kurze, hydrophobe Segmente eines Proteins freilegen, wodurch es in Wasser unlöslich wird. Einige dieser hydrophoben Segmente, die sich normalerweise zu Alpha-Helices falten, können sich zu Beta-Faltblättern zusammenschließen.
Hunderte von Beta-Faltblättern in identischen, fehlgefalteten Proteinen bilden Wasserstoffbrückenbindungen und stapeln sich zu langen Filamenten. Zwei dicht gepackte Stapel von Beta-Faltblättern verbinden sich zu einem Cross-Beta-Filament.
In dieser Struktur liegen einzelne Beta-Faltblätter senkrecht zur Mittelachse. Diese Filamente können sich zu Amyloidfibrillen zusammenballen.
Die Anhäufung von Amyloidfibrillen wurde bei bestimmten neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson beobachtet. Auch bei Prionenkrankheiten wie der Creutzfeldt-Jacob-Krankheit beim Menschen und der bovinen spongiformen Enzephalopathie, allgemein bekannt als Rinderwahnsinn, kommt es zur Bildung von Amyloidfibrillen.
Ein bestimmtes Prionenprotein, PrP, ist ein neuronales Membranprotein. Falsch gefaltete PrPs können normale PrPs in abnormale Formen umwandeln. Alle PrPs nehmen schließlich die abweichende Struktur an.
Die fehlgefalteten PrPs enthalten Beta-Faltblätter und neigen daher dazu, sich zu aggregieren und Amyloidfibrillen zu bilden. Diese übertragbare Form der Amyloidbildung ist mit einer tödlichen Neurodegeneration verbunden.
Allerdings sind nicht alle Amyloidfibrillen schädlich. Einige Bakterien verwenden Amyloid-Fibrillen auf ihren Oberflächen, um schützende Biofilme zu bilden. Darüber hinaus bilden Eukaryoten reversible Amyloidfibrillen, um sekretorische Proteine zu verpacken und zu speichern, bis die Zelle sie freisetzen muss.
Das Verständnis dieser reversiblen Amyloide kann uns helfen, Behandlungen für irreversible Amyloid-Aggregate zu entwickeln.
Amyloid-Fibrillen sind Aggregate aus fehlgefalteten Proteinen. Unter normalen Umständen werden fehlgefaltete Proteine entweder durch Chaperon-Proteine…
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