Kovalent gebundene Proteinregulatoren

Viele Proteine werden durch kovalent verknüpfte Moleküle reguliert, darunter funktionelle Gruppen wie Methyl- oder Acetyleinheiten und kleine Proteine wie Ubiquitin.

Kovalente Bindungen treten an spezifischen Aminosäuren in der Polypeptidkette auf. Zum Beispiel sind Phosphatgruppen kovalent an Serin, Threonin oder Tyrosin gebunden; Methyl- und Acetylgruppen sind an Lysin gebunden; und Ubiquitin ist mit Lysin-, Cystein-, Serin- oder Threoninresten verbunden.

Ein Enzym oder ein Paar von Enzymen katalysiert reversibel diese posttranslationalen Modifikationen. Eine Acetyltransferase kann ein Protein acetylieren, während eine Deacetylase die Gruppe später entfernen kann.

Diese Modifikationen können die Funktion oder die Lokalisation eines Proteins in einer Zelle verändern.

Zum Beispiel reguliert die Acetylierung von Histonproteinen die Genexpression, indem sie die DNA-Struktur öffnet, um die Gentranskription zu aktivieren. Andererseits ist bekannt, dass die Methylierung von Histonproteinen die Transkription unterdrückt, indem sie die Struktur strafft.

Ein weiteres Beispiel ist p53, ein Multidomänen-Tumorsuppressorprotein, das als Reaktion auf Stress mehrere kovalente Modifikationen durchläuft. Die Exposition gegenüber DNA-schädigenden Stoffen wie UV- und Gammastrahlung kann zu einer Phosphorylierung des Proteins führen.

Die Phosphorylierung verbessert die Stabilität und aktiviert p53, wodurch es an die durch die Strahlung geschädigte DNA bindet und Zellen mit mutierter DNA sich unkontrolliert teilen.

Zusätzlich zur Phosphorylierung ermöglichen verschiedene Arten von Modifikationen, die an einem einzelnen Proteinmolekül auftreten, wie z. B. p53, die genaue Kontrolle seiner Funktionen wie Zellzyklusarrest, DNA-Reparatur und Apoptose einer Zelle.