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[[Datei:Proteinoxidation.svg|miniatur|hochkant=1.3|Fragmentierung einer Polypeptidkette.<ref>[[E. R. Stadtman]] und R. L. Levine: ''Chemical modification of proteins by reactive oxygen species.'' In: ''Redox Proteomics: From Protein Modifications To Cellular Dysfunction And Diseases.'' I. Dalle-Donne, A. Scaloni und A. Butterfield (Editors), Wiley Interscience Series on Mass Spectrometry, 2006, ISBN 0-471-72345-2, S. 4.</ref> Die auf der rechten Seite ablaufende Reaktion führt zu einem Carbonylprotein.]]
[[Datei:Proteinoxidation 02.svg|miniatur|hochkant=1.3|Auch der Polypeptidstrangbruch durch Oxidation eines Glutaminsäurerestes führt zu einem Carbonylprotein.<ref>E. R. Stadtman und R. L. Levine: ''Chemical modification of proteins by reactive oxygen species.'' In: ''Redox Proteomics: From Protein Modifications To Cellular Dysfunction And Diseases.'' I. Dalle-Donne, A. Scaloni und A. Butterfield (Editors), Wiley Interscience Series on Mass Spectrometry, 2006, ISBN 0-471-72345-2, S. 5.</ref>]]

'''Carbonylproteine''' sind [[Oxidation]]sprodukte von [[Protein]]en (Eiweiße). Sie entstehen in den [[Zelle (Biologie)|Zellen]] von [[Organismus|Organismen]] durch die Einwirkung [[Reaktive Sauerstoffspezies|reaktiver Sauerstoff-]] und [[Reaktive Stickstoffspezies|reaktiver Stickstoffspezies]] auf Proteine, [[Peptid]]e und [[Aminosäuren]], wobei [[Aldehyde]] und [[Ketone]] – beides Verbindungen mit einer reaktiven [[Carbonylgruppe]] – entstehen. Die durch die [[Proteinoxidation]] gebildeten Carbonylproteine dienen als [[Biomarker (Medizin)|Biomarker]] zur [[Laboratoriumsmedizin|labormedizinischen]] Bestimmung des [[Oxidativer Stress|oxidativen Stresses]].<ref>J. Greilberger u. a.: ''Malondialdehyde, carbonyl proteins and albumin-disulphide as useful oxidative markers in mild cognitive impairment and Alzheimer's disease.'' In: ''Free Radic Res'' 42, 2008, S. 633–638, PMID 18654878.</ref>

== Entstehung ==
Carbonylproteine entstehen durch die Oxidation von Proteinen, sowohl ''in vivo'' (im lebenden Organismus), als auch ''in vitro'', beispielsweise in einer [[Zellkultur]]. Die Oxidationsreaktion ist häufig metallkatalysiert. Der Gehalt an Carbonylproteinen in einem bestimmten Gewebe ist ein direktes Maß für den oxidativen Stress, dem das Gewebe ausgesetzt war. Durch die Oxidation sind die Proteine für den [[Katalyse|katalytischen]] Abbau durch [[Peptidase]]n im [[Zytosol]] markiert. Die Oxidation von Proteinen ist mit eine Ursache für geschädigte Enzyme, deren Anzahl mit zunehmendem Alter und bei einer Reihe von pathologischen Zuständen größer wird.<ref>E. R. Stadtman: ''Protein oxidation and aging.'' In: ''[[Science]]'' 257, 1992, S. 1220–1224. {{DOI|10.1126/science.1355616}}</ref><ref>R. L. Levine: ''Carbonyl modified proteins in cellular regulation, aging, and disease.'' In: ''[[Free Radical Biology and Medicine]]'' 32, 2002, S. 790–796, PMID 11978480.</ref> Beispielsweise sind Carbonylproteine an der Entstehung des [[Katarakt (Medizin)|Grauen Stars]] maßgeblich beteiligt.<ref name="PMID10937554">F. Boscia u. a.: [http://www.iovs.org/content/41/9/2461.full ''Protein Oxidation and Lens Opacity in Humans.''] In: ''Investigative Ophthalmology and Visual Science'' 41, 2000, S. 2461–2465, PMID 10937554.</ref> Über die reaktiven Aldehyd- beziehungsweise Ketogruppen können durch Reaktion mit [[Amino-Terminus|terminalen Aminogruppen]] oder der Aminogruppe in der Seitenkette von [[Lysin]] von anderen Proteinen [[Imine]] entstehen. Dabei werden die Proteine [[Vernetzung (Chemie)|quervernetzt]]. Quervernetzte Proteine sind weitgehend funktionslos und können von den Zellen nur unzureichend abgebaut werden. Sie werden daher in den Zellen eingekapselt und abgelagert. Ein Beispiel ist das Alterspigment [[Lipofuscin]].<ref>C. Behl und B. Moosmann: ''Molekulare Mechanismen des Alterns - Über das Altern der Zellen und den Einfluss von oxidativem Stress auf den Alternsprozess.'' In: ''Was ist Alter(n)?'' U. M. Staudinger und H. Häfner (Herausgeber), Verlag Springer, 2008, {{DOI|10.1007/978-3-540-76711-4}} ISBN 978-3-540-76710-7, S. 9–32.</ref>
Die Ursache für den oxidativen Stress, der zur Bildung der Carbonylproteine führt, sind Stressbelastungen des Organismus jeder Art. Erkrankungen, Operationen und Verletzungen, Ischämien und Reperfusionen spielen dabei eine Rolle; ganz speziell [[Entzündung]]en. Aber auch Sport, sowohl [[Anaerobie|anaerobe]], als auch [[Aerobie|aerobe]] Übungen, erhöhen die Produktion reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffspezies, deren Oxidationsprodukte – unter anderem Carbonylproteine – nach entsprechenden Übungen nachweisbar sind. Parallel wird durch die sportliche Betätigung aber auch die endogene antioxidative Abwehr der Zellen aktiviert.<ref>R. J. Bloomer: ''Effect of exercise on oxidative stress biomarkers.'' In: ''Adv Clin Chem'' 46, 2008, S. 1–50, PMID 19004186.</ref>
Auch in normalem gesunden Gewebe enthalten die Proteine geringe Mengen an Carbonylgruppen. Der Wert liegt bei ungefähr 0,1 µmol pro Gramm Protein, was etwa einer Ketogruppe auf 30.000 Aminosäuren entspricht. Unter den Bedingungen des oxidativen Stresses sind diese Werte um den Faktor 2 bis 20 erhöht.<ref>J. Greilberger: [http://www.ake-nutrition.at/uploads/media/14.30_Greilberger_010607.pdf ''Nahrungsergänzungsmittel und Oxidativer Stress in Breitensport und Wellness.''] (PDF-Datei; 348 kB), abgerufen am 19. Januar 2010.</ref>

== Diagnostik und Analytik ==
Der Gehalt an Carbonylproteinen kann beispielsweise per ''Dot-Blot'' unter Anwendung eines anti-[[2,4-Dinitrophenylhydrazin]]-[[Antikörper]]s bestimmt werden.<ref>T. Ishii u. a.: [http://cancerres.aacrjournals.org/cgi/content/full/65/1/203 ''A mutation in the SDHC gene of complex II increases oxidative stress, resulting in apoptosis and tumorigenesis.''] In: ''Cancer Res'' 65, 2005, S. 203–209, PMID 15665296.</ref> Auch ohne entsprechenden Antikörper kann die Bestimmung direkt mit 2,4-Dinitrophenylhydrazin spektroskopisch erfolgen.<ref name="PMID10937554" /> Andere Verfahren arbeiten mit [[Tritium|tritiertem]] [[Natriumboranat]], mit dem die Carbonylgruppen selektiv reduziert werden.<ref>A. G. Lenz u. a.: ''Determination of carbonyl groups in oxidatively modified proteins by reduction with tritiated sodium borohydride.'' In: ''[[Anal Biochem]]'' 177, 1989, S. 419–425, PMID 2567130.</ref>

== Weiterführende Literatur ==
* R. Widmer: [http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2007/1504/ ''Wirkung von Hemmstoffen und Antioxidantien in Gliazellen bei Anoxie/Reoxygenierung und in der hepatischen Enzephalopathie.''] Dissertation, TU Berlin, 2007
* B. Chakravarti und D. N. Chakravarti: ''Oxidative modification of proteins: age-related changes.'' In: ''Gerontology'' 53, 2007, S. 128–139. PMID 17164550 (Review)
* R. L. Levine und E. R. Stadtman: ''Carbonylated proteins and their implication in pathology and physiology.'' In: ''Redox Proteomics: From Protein Modifications To Cellular Dysfunction And Diseases.'' I. Dalle-Donne, A. Scaloni und A. Butterfield (Editors), Wiley Interscience Series on Mass Spectrometry, 2006, ISBN 0-471-72345-2, S. 123–157.
* R. Koo-Ng u. a.: ''Carbonyl Levels in Type I and II Fiber-Rich Muscles and Their Response to Chronic Ethanol Feeding In Vivo and Hydroxyl and Superoxide Radicals In Vitro.'' In: ''Alcoholism: Clinical and Experimental Research'' 24, 2006, S. 1862–1868. {{DOI|10.1111/j.1530-0277.2000.tb01991.x}}
* Z. Radak u. a.: ''Super-marathon race increases serum and urinary nitrotyrosine and carbonyl levels.'' In: ''Eur J Clin Invest'' 33, 2003, S. 726–730. PMID 12864784
* R. L. Levine u. a.: ''Determination of carbonyl content in oxidatively modified proteins Methods Enzymol.'' 186, 1990, S. 464–478. PMID 1978225

== Weblinks ==
* [http://www.ake-nutrition.at/uploads/media/14.30_Greilberger_010607_a2b2ec.pdf ''Nahrungsergänzungsmittel und Oxidativer Stress in Breitensport und Wellness''] (PDF; 356 kB)

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Proteingruppe]]
[[Kategorie:Zellbiologie]]

Carbonylproteine - Versionsgeschichte

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