Posttranslationale Modifikation – Definition & Methoden
Viele Prozesse im menschlichen Körper werden durch den nachträglichen Umbau von Proteinen gesteuert. Um die Funktion und die Dynamik eukaryotischer Proteomzusammensetzungen nachvollziehen zu können, bedarf es eines gründlichen Verständnisses des Umfangs und der Muster posttranslationaler Proteinmodifikationen (PTM). Unsere innovativen Trenntechnologien ermöglichen es, die posttranslationale Modifikation zu verstehen und genau zu analysieren.
Was ist posttranslationale Modifikation?
Der Begriff posttranslationale Modifikation, auch posttranslationale Proteinmodifikation, steht für kovalente Veränderungen von Proteinen nach Abschluss der Proteinbiosynthese. Dieser Umbau wird meist durch Enzyme katalysiert und ist in vielen Fällen reversibel. Die Proteine werden durch Ribosomen synthetisiert, welche die mRNA (Boten-RNS) in Polypeptidketten übersetzen. Diese durchlaufen eine posttranslationale Modifikation, nach der sie das reife Proteinprodukt bilden. PTMs spielen eine wichtige Rolle bei der intrazellulären Signalweiterleitung und bei der Umwandlung von Prohormonen in Hormone.Wo findet die posttranslationale Modifikation statt?
Die posttranslationale Modifikation läuft in der Regel im Lumen des endoplasmatischen Retikulums (ER) und im Golgi-Apparat ab. Ersteres ist ein schlauchförmiges, labyrinthartiges Zellorganell, das im Zytosol (klarer, flüssiger, leicht viskoser Anteil des Zytoplasmas) lokalisiert ist. Letzterer, ebenfalls ein Zellorganell, ist ein dynamisches Membransystem aus einem oder mehreren Stapeln untereinander verbundener tellerförmiger Hohlräume (Zisternen). Die posttranslationale Modifikation kann sowohl an den C- oder N-Termini von Proteinen als auch an den Seitenketten von bestimmten Aminosäuren erfolgen.Wie kommt es zur posttranslationalen Modifikation?
Mehrheitlich wird die posttranslationale Modifikation vom Organismus oder von den Zellen selbst ausgelöst. Häufig sind in diese Prozesse Proteine involviert, welche durch Modifizierungsgene (modifier genes) codiert werden. Die Genprodukte dieser Modifizierungsgene können durch Umweltfaktoren und andere Faktoren gebildet oder funktionalisiert werden und dementsprechend Einfluss auf die Proteine nehmen.
Was bewirkt die posttranslationale Modifikation?
Die posttranslationale Modifikation verändert die Eigenschaften eines Proteins. Durch Addition geladener Gruppen (z. B. Phosphatgruppen) oder hydrophober Moleküle (z. B. Lipide) ändern sich beispielsweise die Bindungseigenschaften eines Proteins zu anderen Proteinen. Da die posttranslationale Modifikation oftmals umkehrbar ist, wird so eine gezielte, kurzfristige Interaktion zwischen unterschiedlichen zellulären Elementen hervorgerufen.Welche Formen der posttranslationalen Modifikation gibt es?
Abhängig vom gebundenen Molekül unterscheidet die Wissenschaft verschiedene Formen für die posttranslationale Modifikation. Beispiele hierfür sind:- posttranslationale Modifikation Glykosylierung (Bindung von Kohlenhydraten an die Polypeptidkette, z. B. N-Glykosylierung, O-Glykosylierung)
- posttranslationale Modifikation Lipidierung (Bindung von Lipiden an Proteine, z. B. Myristoylierung, Palmitoylierung, Prenylierung)
- posttranslationale Modifikation Phosphorylierung (Bindung einzelner Phosphatgruppen an spezifische Aminosäurereste; häufigste posttranslationale Modifikation bei Eukaryoten)
Welche Aminosäuren kann die posttranslationale Modifikation betreffen?
Betrifft die posttranslationale Modifikation Aminosäuren-Seitenketten, werden in einem Protein verschiedene modifizierte Aminosäuren erzeugt. Unter anderem kann die posttranslationale Modifikation Seitenketten folgender Aminosäuren betreffen:- Arginin und Lysin (methyliert)
- Lysin (acetyliert)
- Prolin (hydroxylie)rt)
- Glutaminsäure (carboxyliert)
- Serin, Tyrosin und Threonin (phosphoryliert)
Welche Methoden nutzt Wyatt, um die posttranslationale Modifikation zu analysieren?
Proteine, ihre Oligomere oder Komplexe lassen sich über ihre molare Masse identifizieren. Bei deren Bestimmung kommen oft noch die vereinfachte und ungenaue Analyse mittels SDS-PAGE oder die traditionelle Größenausschlusschromatographie (SEC) zur Anwendung. Diesen Technologien liegen Vermutungen zur Konformation und zu idealen Matrixinteraktionen zugrunde, die Wissenschaftler mit unpräzisen oder völlig inkorrekten Ergebnissen täuschen können. Das hat zum Teil grundlegend eine fehlerbehaftete Interpretation der Daten für wissenschaftliche Publikationen zur Folge. Wir analysieren die posttranslationale Modifikation mithilfe einer Kombination von Größenausschlusschromatographie (SEC) oder Feldflussfraktionierung (FFF) und Mehrwinkel-Lichtstreuung (MALS).Posttranslationale Modifikation mittels SEC-MALS
Die Verknüpfung von Größenausschlusschromatographie und Mehrwinkel-Lichtstreuung, SEC-MALS, nutzt einen DAWN® MALS-Detektor in Verbindung mit einem Optilab®-Detektor zur Ermittlung des Brechungsindex (dRI) und ein HPLC-UV-Modul zur Bestimmung des Masseanteils der posttranslationalen Modifikation. Sie ermöglicht eine Molekulargewichtsbestimmung unabhängig von Konformationen und nicht-idealen Säulenwechselwirkungen. Das ist dem Umstand geschuldet, dass es sich bei diesem Verfahren um eine absolute Analyse nach physikalischen Grundprinzipien handelt, die weder einer Retentionszeit noch einer Kalibrierung mit Molmassen-Standards bedarf. Die SEC-Säule dient hierbei lediglich dazu, die Moleküle nach Größe zu trennen, während MALS die molare Masse der eluierenden Proteine bestimmt. Damit dieses Verfahren funktioniert, müssen sich beide Komponenten entweder hinsichtlich Extinktionskoeffizent oder dn/dc unterscheiden.Postranslationale Modifikation mittels FFF-MALS
Geht es um die Analyse von besonders großen oder instabilen Komplexen, stößt die Kombination aus SEC und MALS an ihre Grenzen. Denn die SEC-Säulen könnten entsprechende Partikel nicht mehr korrekt auftrennen, scheren oder entfernen, woraus eine unvollständige Charakterisierung oder Quantifizierung resultieren würde. In diesem Fall bietet sich die Kombination aus Feldflussfraktionierung und Mehrwinkel-Lichtstreuung an, FFF-MALS. Diese Methode liefert exakte Größen, molare Massen sowie Partikelkonzentrationen für Partikel mit einem Radius von 1 nm bis 1000 nm. Die Stärke der Feldflussfraktionierung liegt in ihrer anpassbaren Trennleistung. Eine einfache Änderung der Flussraten ermöglicht es, einen einzigen Trennkanal zu verwenden, um komplexe Proben über den gesamten Größenbereich hinweg zu analysieren. Dabei ist die Trennung nur der erste Schritt. Die Kopplung an einen DAWN® Online-Mehrwinkel-Lichtstreudetektor in Kombination mit dynamischer Lichtstreuung (DLS), UV/Vis- und Brechungsindex-Detektoren erlaubt eine umfassende Charakterisierung der molaren Masse, der Massenkonzentration, der Partikelkonzentration und weiterer Faktoren. Dabei bietet FFF einen deutlich größeren Trennbereich als SEC. Sie möchten mehr über unsere Trenntechnologien zur Identifizierung und Analyse posttranslationaler Modifikationen erfahren? Dann setzen Sie sich am besten gleich mit uns in Verbindung. Wir beraten Sie umfassend und beantworten Ihre Fragen kompetent und professionell.Weitere Fragen und Antworten zu posttranslationale Modifikation
Was versteht man unter posttranslationaler Modifikation?
Posttranslationale Modifikation bezieht sich auf kovalente Veränderungen von Proteinen nach der Proteinbiosynthese. Sie werden meist von Enzymen katalysiert und können reversibel sein. PTMs spielen eine wichtige Rolle bei der Signalweiterleitung und der Umwandlung von Prohormonen in Hormone.
Wo findet die posttranslationale Modifikation statt?
Die posttranslationale Modifikation erfolgt hauptsächlich im endoplasmatischen Retikulum (ER) und im Golgi-Apparat. Diese Zellorganellen ermöglichen Modifikationen an den C- oder N-Termini von Proteinen sowie an den Seitenketten bestimmter Aminosäuren.
Wie kommt es zur posttranslationalen Modifikation?
Die posttranslationale Modifikation wird hauptsächlich durch den Organismus oder die Zellen selbst ausgelöst. Modifizierungsgene codieren Proteine, die Umweltfaktoren und andere Einflüsse in den Modifikationsprozess einbeziehen und somit auf die Proteine einwirken können.
Welche Wirkung hat eine posttranslationale Modifikation?
Die posttranslationale Modifikation verändert die Eigenschaften eines Proteins. Durch Addition geladener Gruppen (z. B. Phosphatgruppen) oder hydrophober Moleküle (z. B. Lipide) ändern sich beispielsweise die Bindungseigenschaften eines Proteins zu anderen Proteinen oder Membranen.
Welche Methoden werden genutzt, um posttranslationale Modifikationen zu analysieren?
Wyatt nutzt eine Kombination aus Größenausschlusschromatographie (SEC) oder Feldflussfraktionierung (FFF) und Mehrwinkel-Lichtstreuung (MALS). Diese Methoden ermöglichen unter bestimmten Voraussetzungen die unabhängige Bestimmung des Molekulargewichts von bestimmten posttranslationalen Modifikationen (z.B. Glykosylierungen).