Aminosäuresequenz
Der Begriff Aminosäuresequenz (auch Peptidsequenz, Proteinsequenz oder Primärstruktur des Proteins) bezeichnet in der Biochemie die Abfolge (Sequenz) der Aminosäuren in einem Protein.
Die Aminosäuresequenz wird mit der N-terminalen Aminosäure beginnend geschrieben. Die Schreibrichtung vom N-Terminus zum C-Terminus entspricht der Syntheserichtung der Translation an den Ribosomen.
Auswirkungen auf die Gestalt des Proteins
Die Gestalt der höheren Strukturebenen (Sekundärstruktur, Tertiärstruktur, Quartärstruktur) eines Proteins geht aus der Aminosäuresequenz hervor. Die Aminosäurekette bildet das Rückgrat (Backbone) des Proteins und ist verantwortlich für den inneren kovalenten Zusammenhalt des Makromoleküls. Bereits während der Translation bildet sich die Sekundärstruktur infolge der Wechselwirkungen zwischen den Aminosäuren. Meist geht diese in ihrer endgültigen Form hervor, in einigen Fällen sind an diesem Prozess jedoch Enzyme und andere Umgebungseinflüsse beteiligt(siehe auch: Prionhypothese). Aus der Sekundärstruktur geht wiederum die räumliche Strukturerfüllung (Tertiärstruktur) und gegebenenfalls die Komplexierung mit anderen Untereinheiten zu Proteinkomplexen (Quartärstruktur) hervor.
Zur Zeit existiert noch keine verlässliche Methode zur Vorhersage der exakten räumlichen Anordnung der Aminosäurekette anhand der Primärstruktur. Aus Erfahrungswerten lassen sich in der Regel jedoch Aussagen über vorhandene Strukturelemente und die Funktion des Proteins treffen.
Zusammenhang zwischen Nukleotidsequenz und Aminosäuresequenz
Die Aminosäuresequenz eines Proteins kann aus der Nukleotidsequenz der Nukleinsäure in der es codiert ist abgeleitet werden, da der genetische Code bekannt ist und jedes Codon für nur eine Aminosäure codiert ist. Umgekehrt ist das nicht möglich, da die meisten Aminosäuren mehr als nur ein Codon haben. Sie können also durch unterschiedliche Nukleotidsequenzen codiert sein. Der genetische Code wird daher als degeneriert bezeichnet.[1]
Die Umsetzung der genetischen Information eines Gens in die Aminosäuresequenz eines Proteins ist Teil der Genexpression und der Proteinbiosynthese. Erster Teil dieser gesteuert ablaufenden Prozesse ist die Transkription, der zweite ist die Translation.
Änderungen der Aminosäuresequenz
Die Aminosäurekette im Polypeptid kann gegebenenfalls durch posttranslationale Modifikationen geändert werden. Veränderungen in der Reihenfolge der Aminosäuren sind dabei nicht möglich,es können jedoch Fragmente an den Enden oder innerhalb der Kette abgespalten werden. Dies hat mehr oder weniger selbständige Untereinheiten zur Folge. Daneben sind chemische Änderungen an den Aminosäuren möglich. Es können funktionelle Gruppen hinzugefügt oder zusätzliche Bindungen innerhalb des Moleküls oder mit anderen Molekülen hergestellt werden.
Analyse der Aminosäuresequenz
Die klassische Methode zur Sequenzierung von Proteinen ist der Edman-Abbau. Er wurde von Pehr Edman entwickelt und besteht aus drei Schritten:
1. Markierung der ersten N-terminalen Aminosäure durch Phenylisothiocyanat.
2. Abspaltung der markierten Aminosäure.
3. Identifikation der abgespaltenen Aminosäure, z. B. durch HPLC oder durch Ionenaustauschchromatographie.
Es folgt die Wiederholung der Schritte zur Sequenzierung der nächsten Aminosäure.
Die Methode wurde weitgehend automatisiert und funktioniert für Peptide bis zu einer Länge von ca. 50 Aminosäuren. Größere Proteine werden vor der Analyse in Fragmente gespalten, die getrennt sequenziert werden. In letzter Zeit gewinnen verstärkt massenspektroskopische Methoden an Bedeutung in diesem Bereich. [2]
Der Sequenzierung vorausgeschaltet ist die Aminosäureanalyse, die quantitative Bestimmung der im Protein vorkommenden Aminosäuren nach Hydrolyse.
Quellen
- ↑ Löffler, Petrides, Heinrich: Biochemie und Pathobiochemie, 8. Auflage, Springer Medizin Verlag, Heidelberg (2007), S. 289, ISBN 978-3-540-32680-9.
- ↑ Wilson, Walker: Principles and Techniques of Biochemistry and Molecular Biology, 6. Auflage, Cambridge University Press, New York (2005), S. 380 ff., ISBN 978-0-521-53581-6.