4.2

Protein-Protein-Schnittstellen

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Viele biologische Prozesse hängen von Protein-Protein-Wechselwirkungen ab. Tatsächlich muss eine große Anzahl von Proteinen Proteinkomplexe oder Oligomere bilden, um ihre Funktionen zu erfüllen.

Manchmal bilden zwei oder mehr identische Proteine einen Komplex, wie z. B. dieses Kinesin-Dimer, in anderen Fällen kommen verschiedene Proteine oder Polypeptide zu einer funktionellen Einheit zusammen.

So bestehen die Mikrotubuli des Zytoskeletts aus Alpha- und Beta-Tubulin-Dimeren. Die Bindungsflächen von Alpha- und Beta-Tubulin-Monomeren haben komplementäre Formen.

Diese aufeinander abgestimmten Formen ermöglichen es den Monomeren, eine große Anzahl nicht-kovalenter Bindungen miteinander zu bilden, die dann das Alpha- und Beta-Tubulin zusammenhalten. Diese Art von Schnittstelle ist ein Beispiel für eine Oberfläche-Oberfläche-Wechselwirkung.

Ähnlich wie bei Ligandenbindungsstellen können Wechselwirkungen an einer Protein-Protein-Grenzfläche nicht-kovalente Bindungen und hydrophobe Kräfte beinhalten. Kovalente Disulfidbindungen zwischen Cystein-Aminosäuren auf jeder Proteinoberfläche können jedoch auch eine Rolle spielen, um sie zusammenzuhalten.

Doch nicht alle Proteingrenzflächen weisen eng aufeinander abgestimmte Oberflächen auf. So bilden viele Enzyme, wie hier die Proteinkinase A, einen Spalt, der Polypeptidschleifen ihrer Bindungspartner erkennen und binden kann. Diese Art von Schnittstelle wird als Oberfläche-Zeichenfolgen-Interaktion bezeichnet.

Eine andere Art von Grenzfläche, die als Helix-Helix oder Coiled-Coil-Wechselwirkung bekannt ist, entsteht, wenn sich Helices zweier Proteine umeinander wickeln. Diese Grenzfläche wird häufig in Proteinen beobachtet, die Leucin-Zipper-Domänen enthalten, wie z. B. eukaryotische Transkriptionsfaktoren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die physikalische Struktur und die chemischen Eigenschaften der wechselwirkenden Teile die Art der Grenzfläche zwischen zwei Proteinen bestimmen.

Overview

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Viele Proteine bilden Komplexe, um ihre Funktionen auszuführen, wodurch Protein-Protein-Wechselwirkungen (PPIs) für das Überleben eines Organismus unerlässlich sind. Die meisten PPIs werden durch zahlreiche schwache nichtkovalente chemische Kräfte stabilisiert. Die physische Form der Schnittstellen bestimmt die Art und Weise, wie zwei Proteine interagieren. Viele globuläre Proteine haben passende Formen auf ihren Oberflächen, die eine große Anzahl schwacher Bindungen bilden. Zusätzlich treten viele PPIs zwischen zwei Helices oder zwischen einer Oberflächenkerbe und einer Polypeptidkette oder einem Strang auf.

Verschiedene computergestützte und biochemische Methoden werden verwendet, um Protein-Schnittstellen zu untersuchen. Labormethoden wie Affinitätsreinigung, Massenspektrometrie und Protein-Microarrays können zur Identifizierung neuer Wechselwirkungen verwendet werden. Die Co-Immunopräzipitation von Proteinen und das Yeast-Two-Hybrid-Screening werden häufig verwendet, um Hinweise darauf zu liefern, ob zwei Proteine in vitro interagieren. Computerprogramme können PPIs vorhersagen, basierend auf ähnlichen Wechselwirkungen, die in anderen Proteinen gefunden wurden, indem sie Proteinsequenzen und dreidimensionale Strukturen vergleichen. Andere computergestützte Ansätze, wie phylogenetisches Profiling, sagen PPIs basierend auf der Koevolution der Bindungspartner voraus. Zusätzlich wird die Genfusionsanalyse verwendet, um Wechselwirkungspartner vorherzusagen, indem Proteinpaare gefunden werden, die im Genom anderer Organismen fusioniert sind.

Proteine interagieren typischerweise entweder zur gleichen oder zu verschiedenen Zeiten mit mehreren Partnern und können mehr als eine Interaktionsschnittstelle enthalten. Viele Proteine bilden große Komplexe, die spezifische Funktionen ausführen, die nur vom vollständigen Komplex ausgeführt werden können. In einigen Fällen sind diese Protein-Wechselwirkungen reguliert; das heißt, ein Protein kann je nach zellulärem Bedarf mit verschiedenen Partnern interagieren. Weitere computergestützte und statistische Analysen ordnen solche Wechselwirkungen in Netzwerke, die in Online-Interaktom-Datenbanken kuratiert werden. Diese durchsuchbaren Datenbanken ermöglichen es den Nutzern, spezifische Protein-Wechselwirkungen zu studieren sowie Medikamente zu entwickeln, die Wechselwirkungen an der Schnittstelle verstärken oder unterbrechen können.

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Viele biologische Prozesse hängen von Protein-Protein-Wechselwirkungen ab. Tatsächlich muss eine große Anzahl von Proteinen Proteinkomplexe oder Oligomere bilden, um ihre Funktionen zu erfüllen.

Manchmal bilden zwei oder mehr identische Proteine einen Komplex, wie z. B. dieses Kinesin-Dimer, in anderen Fällen kommen verschiedene Proteine oder Polypeptide zu einer funktionellen Einheit zusammen.

So bestehen die Mikrotubuli des Zytoskeletts aus Alpha- und Beta-Tubulin-Dimeren. Die Bindungsflächen von Alpha- und Beta-Tubulin-Monomeren haben komplementäre Formen.

Diese aufeinander abgestimmten Formen ermöglichen es den Monomeren, eine große Anzahl nicht-kovalenter Bindungen miteinander zu bilden, die dann das Alpha- und Beta-Tubulin zusammenhalten. Diese Art von Schnittstelle ist ein Beispiel für eine Oberfläche-Oberfläche-Wechselwirkung.

Ähnlich wie bei Ligandenbindungsstellen können Wechselwirkungen an einer Protein-Protein-Grenzfläche nicht-kovalente Bindungen und hydrophobe Kräfte beinhalten. Kovalente Disulfidbindungen zwischen Cystein-Aminosäuren auf jeder Proteinoberfläche können jedoch auch eine Rolle spielen, um sie zusammenzuhalten.

Doch nicht alle Proteingrenzflächen weisen eng aufeinander abgestimmte Oberflächen auf. So bilden viele Enzyme, wie hier die Proteinkinase A, einen Spalt, der Polypeptidschleifen ihrer Bindungspartner erkennen und binden kann. Diese Art von Schnittstelle wird als Oberfläche-Zeichenfolgen-Interaktion bezeichnet.

Eine andere Art von Grenzfläche, die als Helix-Helix oder Coiled-Coil-Wechselwirkung bekannt ist, entsteht, wenn sich Helices zweier Proteine umeinander wickeln. Diese Grenzfläche wird häufig in Proteinen beobachtet, die Leucin-Zipper-Domänen enthalten, wie z. B. eukaryotische Transkriptionsfaktoren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die physikalische Struktur und die chemischen Eigenschaften der wechselwirkenden Teile die Art der Grenzfläche zwischen zwei Proteinen bestimmen.

Key Terms and Definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

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Protein protein Interfaces

Protein Complexes

Cytoskeletal Microtubules

Non covalent Bonds

Surface surface Interaction

Ligand Binding Sites

Hydrophobic Forces

Covalent Disulfide Bonds

Protein Kinase A

Polypeptide Loops

Surface string Interaction

Helix helix Interaction

Coiled coil Interaction