Proteasomen

Proteasomen sind Proteinkomplexe im Cytoplasma, die zum Abbau von nicht mehr benötigten Proteinen dienen. Sie kommen im Cytoplasma und im Zellkern von Eukaryoten vor sowie im Cytoplasma von Archaeen und manchen Bakterien. Zum Abbau von Proteinen werden diese zunächst entfaltet, dann in das Proteasom eingeschleust und dort von katalytischen Untereinheiten zerschnitten, so dass kurze Oligopeptide entstehen.

Obwohl die meisten Artikel über Proteasomen "Das Proteasom" heißen, gibt es sehr viele dieser Proteinabbau-Fabriken in der Zelle. Sie machen ca. 1% der gesamten Proteine in Zellen aus ^[1].

Aufbau

Eukaryotische Proteasomen bestehen aus drei großen Untereinheiten, die ihrerseits aus mehreren Proteinen bestehen.

In der Mitte des Proteasoms befindet sich die 20S-Untereinheit, sie wird von zwei kleineren 19S-Untereinheiten flankiert, so dass sich insgesamt eine lange Struktur ergibt.

Das Hefe-Proteasom von der Seite und von oben
Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

20S-Untereinheit

Die mittlere Untereinheit besteht aus vier Ringen, die aus jeweils sieben Untereinheiten bestehen. Diese vier heptameren Ringe sind dann zu einer Röhre bzw. einem Hohlzylinder übereinander gestapelt:

Die vier Ringe der 20S-Untereinheit
No machine-readable author provided. WillowW assumed (based on copyright claims)., CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Die sieben Untereinheiten der beiden äußeren Ringe werden als α1 bis α7 bezeichnet, die Untereinheiten der beiden mittleren Ringe als β1 bis β7.

Innerhalb der Zelle kann die 20S-Untereinheit auch frei vorliegen ^[5].

19S-Untereinheiten

Die beiden kleineren 19S-Untereinheiten dienen sozusagen als "Deckel" für die 20S-Untereinheit. Beide Untereinheiten bestehen aus je 19 Proteinen. Die "obere" Untereinheit wird in der Fachliteratur tatsächlich als Deckel bezeichnet, die "untere" Untereinheit als Basis. Wichtiger von beiden ist die obere Untereinheit, wie wir bei der Besprechung der Arbeitsweise gleich noch sehen werden.

Arbeitsweise

Das Zerschneiden der abzubauenden Proteine wird von der zentralen 20S-Untereinheit des Proteasoms übernommen. Die beiden mittleren Ringe dieser 20S-Untereinheit enthalten je drei Proteasen, also Enzyme, die in der Lage sind, die Peptidbindung zwischen zwei Aminosäuren eines Proteins zu hydrolysieren.

Die drei Proteasen eines Ringes werden als β1, β2 und β5 bezeichnet. Die anderen vier Untereinheiten der beiden mittleren Ringe haben keine direkten katalytischen Aufgaben.

Die β1-Protease spaltet die Proteinkette des abzubauenden Proteins nach sauren Aminosäuren, die β2-Protease nach basischen, und die β5-Protease nach hydrophoben Aminosäuren^[5].

Unterschied Proteasen / Proteosom

Während Proteasen das Zielprotein nur einmal durchschneiden, meistens an einer spezifischen Stelle, verbleibt das abzubauende Protein in dem Proteasom und wird immer wieder an verschiedenen Stellen durchtrennt. So wird sichergestellt, dass das Protein in viele kleine Oligopeptide zerschnitten wird.