Protein oksidasjon

Fragmentering av en polypeptidkjede
Et brudd i en polypeptidstreng på grunn av oksidasjon av en glutaminsyrerest
Polypeptidstreng bryter gjennom β-spaltning av valin
Tverrbindingsmodifisering: reaksjon av sukker med en proteinbundet lysylaminogruppe.
Tverrbindingsmodifisering: tilsetning av 4-hydroksynonenal (HNE) til proteinbundet lysin (PNH2), histidin (P-His) eller cystein (PSH) rester.
Tverrbindingsmodifisering: tilsetning av malondialdehyd (MDA) til proteinaminogrupper (PNH2).

Ettersom proteinoksidasjon refererer til molekylære forandringer av proteiner forårsaket av oksidanter av oksidativt stress , slik som reaktivt oksygen eller reaktive nitrogenarter forårsakes. Begrepet proteinoksidasjon inkluderer også oksidasjonsprosesser av mindre proteiner ( peptider ) og deres byggesteiner, aminosyrene . Oksidasjon av proteiner kan føre til vidtrekkende endringer i strukturen. Hvis skaden på proteinet ikke kan "repareres" av cellen, eller hvis det skadede proteinet ikke kan elimineres fullstendig, fører dette til en opphopning (akkumulering) av defekte oksyderte proteiner i cellen. Denne akkumulering er forbundet med aldring av den organismen og er tilknyttet - spesielt i mennesker - med en rekke patologiske tilstander , så som diabetes mellitus , aterosklerose og forskjellige neurodegenerative sykdommer .

Oksidasjonsprosesser av proteiner

Angrepet av reaktive oksygen- og nitrogenarter på et protein kan finne sted på forskjellige måter. Reaksjonsprodukter av lipidperoksidering , slik som 4-hydroksynonenal (HNE) eller malondialdehyd (MDA), kan også reagere med peptidene på forskjellige måter og regnes også blant reaksjonene av proteinoksidasjon. Avhengig av reaksjonsmekanismen skilles det mellom

  • Fragmentering av polypeptidkjeden (delt i to tråder),
  • oksidasjon av sidegrupper av aminosyrer og
  • dannelsen av proteintverrbindinger .

Av de 20 proteinogene aminosyrene kan mer enn halvparten angripes av oksidativt stress. I noen tilfeller dannes reaktive grupper, som aldehyder , som selv irreversibelt kan reagere intramolekylært (i samme protein) eller intermolekylært (med et annet protein) med en aminogruppe av lysin eller N-terminalen av proteinet . Den tverrbinding av proteiner ( proteintverrbinding ) har en betydelig større effekt på funksjonen av et protein enn oksidasjon av en sidegruppe av en aminosyre. Tverrbindingen kan resultere i høymolekylære aggregater som ikke lenger kan brytes ned ved proteolyse , for eksempel av proteasomet . Disse aggregatene blir deretter innkapslet og avsatt i cellene. Et eksempel på en slik avsetning er "alderspigmentet" lipofuscin , som hovedsakelig akkumuleres i kardiomyocytter , hepatocytter og nerveceller . I tillegg finnes oksyderte proteiner også i nesten alle nevrodegenerative sykdommer som Alzheimers og Parkinsons sykdommer . I grå stær er tverrbindinger mellom oksyderte proteiner ansvarlige for utviklingen av sykdommen.

Oksidasjonen av en aminosyre i et protein kan påvirke dens funksjon betydelig , for eksempel som et enzym eller et messenger-stoff . Endringen i den primære strukturen kan påvirke både den sekundære strukturen og den tertiære strukturen . Alle cellerom er påvirket av proteinoksidasjon . Det har en betydelig innflytelse på cellens homeostase . Nedbrytningen av defekte (oksyderte) proteiner er derfor en viktig oppgave for det proteolytiske området i cellens antioksidantforsvarssystem. De litt oksyderte proteinene endrer sin tertiære struktur massivt ved at hydrofobe områder av proteinet vender utover. Lysosomal cathepsins og andre proteaser , så vel som proteasomet , gjenkjenner disse områdene som markører og bryter fortrinnsvis ned disse proteinene. På den annen side er mer skadede, spesielt tverrbundne proteiner, dårlige substrater for proteasomet og alle andre proteolytiske enzymer og kan til og med hemme deres funksjon . Tverrbinding kan oppnås gjennom oksidasjon av tiolgrupper (cystein) til disulfidbroer , gjennom dannelse av dityrosin fra to tyrosinmolekyler , reaksjon av aldehydgrupper dannet ved oksidasjon med aminogrupper for å danne iminer (Schiff's baser) og reaksjon av tverrbindere dannet ved lipidperoksidering slik som 4-hydroksynonenal (HNE) og malondialdehyd (MDA).

Karbonylproteinene dannet som et resultat av oksidasjon av proteiner kan brukes i laboratoriediagnostikk som biomarkører for oksidativt stress eller for proteinoksidasjon.

Videre lesning

  • R. Widmer: Effekt av hemmere og antioksidanter i gliaceller ved anoksi / reoksygenering og i hepatisk encefalopati. Avhandling, TU Berlin, 2007
  • VI Lushchak: Oksidering av frie radikaler av proteiner og dets forhold til organismenes funksjonelle tilstand. I: Biokjemi (Mosc) 72, 2007, s. 809-827. PMID 17922638 (gjennomgang)
  • V. Cecarini et al: Proteinoksidasjon og cellulær homeostase: Vekt på metabolisme. I: Biochim Biophys Acta 1773, 2007, s. 93-104. PMID 17023064 (gjennomgang)
  • B. Chakravarti og DN Chakravarti: Oksidativ modifisering av proteiner: aldersrelaterte endringer. I: Gerontology 53, 2007, s. 128-139. PMID 17164550 (gjennomgang)
  • ER Stadtman: Proteinoksidasjon og aldring. I: Free Radic Res 40, 2006, s. 1250-1258. PMID 17090414 (gjennomgang)
  • R. Widmer et al: Proteinoksidasjon og nedbrytning under aldring: rolle i hudens aldring og nevrodegenerasjon. I: Free Radic Res 40, 2006, s. 1259-1268. PMID 17090415 (gjennomgang)
  • TC Squier: Oksidativt stress og proteinaggregering under biologisk aldring. I: Exp Gerontol 36, 2001, s. 1539-1550. PMID 11525876 (gjennomgang)
  • TC Squier og DJ Bigelow: Proteinoksidasjon og aldersavhengige endringer i kalsiumhomeostase. I: Front Biosci 5, 2000, s. D504-D526. PMID 10799358 (gjennomgang)

Individuelle bevis

  1. ^ ER Stadtman og RL Levine: Kjemisk modifisering av proteiner av reaktive oksygenarter. I: Redox Proteomics: Fra proteinmodifikasjoner til cellulær dysfunksjon og sykdommer. I. Dalle-Donne, A. Scaloni og A. Butterfield (redaktører), Wiley Interscience Series on Mass Spectrometry, 2006, ISBN 0-471-72345-2 , s.4 .
  2. ^ ER Stadtman og RL Levine: Kjemisk modifisering av proteiner av reaktive oksygenarter. I: Redox Proteomics: Fra proteinmodifikasjoner til cellulær dysfunksjon og sykdommer. I. Dalle-Donne, A. Scaloni og A. Butterfield (redaktører), Wiley Interscience Series on Mass Spectrometry, 2006, ISBN 0-471-72345-2 , s. 5.
  3. ^ ER Stadtman og RL Levine: Kjemisk modifisering av proteiner av reaktive oksygenarter. I: Redox Proteomics: Fra proteinmodifikasjoner til cellulær dysfunksjon og sykdommer. I. Dalle-Donne, A. Scaloni og A. Butterfield (redaktører), Wiley Interscience Series on Mass Spectrometry, 2006, ISBN 0-471-72345-2 , s.6 .
  4. ↑ a b c B. S. Berlett og ER Stadtman: Proteinoksidasjon i aldring, sykdom og oksidativt stress. I: J Biol Chem 272, 1997, s. 20313-20316. PMID 9252331 (gjennomgang).
  5. ↑ RT Dean et al: Biochemistry, og patologi av radikalmediert proteinoksidasjon. I: Biochem J 324, 1997, s. 1-18. PMID 9164834 (gjennomgang).
  6. ^ ER Stadtman og RL Levine: Kjemisk modifisering av proteiner av reaktive oksygenarter. I: Redox Proteomics: Fra proteinmodifikasjoner til cellulær dysfunksjon og sykdommer. I. Dalle-Donne, A. Scaloni og A. Butterfield (redaktører), Wiley Interscience Series on Mass Spectrometry, 2006, ISBN 0-471-72345-2 , s. 3-7.
  7. ↑ C. Behl og B. Moosmann: Molecular Mechanisms of Aging Om aldring av celler og innflytelsen av oksidativt stress på aldringsprosessen. I: Hva er alder (e)? UM Staudinger og H. Häfner (redaktører), Verlag Springer, 2008, doi : 10.1007 / 978-3-540-76711-4 ISBN 978-3-540-76710-7 , s. 9-32.
  8. Bos F. Boscia et al: Proteinoksidasjon og linsens opasitet hos mennesker. I: Investigative Ophthalmology and Visual Science 41, 2000, s. 2461-2465. PMID 10937554 .
  9. ^ P. Voss og T. Grune: Nedbrytning og akkumulering av oksyderte proteiner i aldersrelaterte sykdommer. I: Redox Proteomics: Fra proteinmodifikasjoner til cellulær dysfunksjon og sykdommer. I. Dalle-Donne, A. Scaloni og A. Butterfield (redaktører), Wiley Interscience Series on Mass Spectrometry, 2006, ISBN 0-471-72345-2 , s. 527-562.
  10. ↑ B. Catalgol og T. Grune: Protein basseng vedlikehold i løpet av oksidativt stress. I: Curr Pharm Des 15, 2009, s. 3043-2051. PMID 19754378 (anmeldelse).