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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>]]
[[Datei:Proteinoxidation 02.svg|miniatur|hochkant=1.3|Polypeptidstrangbruch durch Oxidation eines Glutaminsäurerestes<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>]]
[[Datei:Proteinoxidation 03.svg|miniatur|hochkant=1.3|Polypeptidstrangbruch durch β-Spaltung von Valin<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. 6.</ref>]]
[[Datei:Proteinoxidation 04.svg|miniatur|hochkant=1.3|Cross-Link-Modifikation: Reaktion von Zucker mit einer proteingebundenen Lysyl-Aminogruppe.<ref name="PMID9252331">B. S. Berlett und E. R. Stadtman: [http://www.jbc.org/content/272/33/20313.long ''Protein oxidation in aging, disease, and oxidative stress.''] In: ''[[J Biol Chem]]'' 272, 1997, S. 20313–20316. PMID 9252331 (Review).</ref>]]
[[Datei:Proteinoxidation 05.svg|miniatur|hochkant=1.3|Cross-Link-Modifikation: Addition von 4-Hydroxynonenal (HNE) an proteingebundene Lysin- (PNH2), Histidin- (P-His) oder Cystein- (PSH) Resten.<ref name="PMID9252331" />]]
[[Datei:Proteinoxidation 06.svg|miniatur|hochkant=1.3|Cross-Link-Modifikation: Addition von Malondialdehyd (MDA) an Protein-Aminogruppen (PNH2).<ref name="PMID9252331" />]]

Als '''Proteinoxidation''' bezeichnet man molekulare Veränderungen an [[Protein]]en, die durch [[Oxidationsmittel|Oxidantien]] des [[Oxidativer Stress|oxidativen Stresses]], wie beispielsweise [[Reaktive Sauerstoffspezies|Reaktive Sauerstoff-]] oder [[Reaktive Stickstoffspezies]], hervorgerufen werden. Der Begriff der Proteinoxidation umfasst dabei auch Oxidationsprozesse kleinerer Proteine ([[Peptid]]e) und ihrer Bausteine, den [[Aminosäuren]]. Die Oxidation von Proteinen kann zu weitreichenden Veränderungen in ihrer Struktur führen. Wenn die Schädigung des Proteins von der [[Zelle (Biologie)|Zelle]] nicht „repariert“ oder das geschädigte Protein vollständig beseitigt werden kann, führt dies zu einer Ansammlung (Akkumulation) defekter oxidierter Proteine in der Zelle. Diese Akkumulation ist mit dem [[Altern]] des [[Organismus]] verbunden und wird – speziell beim Menschen – mit einer Reihe [[Erkrankung|pathologischer Zustände]], wie beispielsweise [[Diabetes mellitus]], [[Arteriosklerose]] und verschiedener [[Neurodegenerative Erkrankung|neurodegenerativer Erkrankungen]] assoziiert.<ref name="PMID9164834">R. T. Dean u. a.: [http://www.biochemj.org/bj/324/0001/bj3240001.htm ''Biochemistry and pathology of radical-mediated protein oxidation.''] In: ''[[Biochem J]]'' 324, 1997, S. 1–18. PMID 9164834 (Review).</ref>

== Oxidationsprozesse von Proteinen ==
Der Angriff Reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffspezies auf ein Protein kann in unterschiedlicher Weise erfolgen. Auch Reaktionsprodukte der [[Lipidperoxidation]], wie beispielsweise [[4-Hydroxynonenal]] (HNE) oder [[Malondialdehyd]] (MDA) können mit den Peptiden in unterschiedlicher Weise reagieren und werden ebenfalls zu den Reaktionen der Proteinoxidation gerechnet. Abhängig vom [[Reaktionsmechanismus]] unterscheidet man zwischen der
* Fragmentierung der Polypeptidkette (Zerlegung in zwei Stränge),
* der Oxidation von Seitengruppen der Aminosäuren und
* der Bildung von ''Protein-Cross-Links''.<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. 3–7.</ref>

Von den 20 [[Proteinogen|proteinogenen Aminosäuren]] kann über die Hälfte durch oxidativen Stress angegriffen werden. Dabei entstehen zum Teil reaktive Gruppen, wie beispielsweise [[Aldehyde]], die selbst intramolekular (im gleichen Protein) oder intermolekular (mit einem anderen Protein) mit einer Aminogruppe von [[Lysin]] oder des [[Amino-Terminus|N-Terminus]] des Proteins [[Irreversible Reaktion|irreversibel]] reagieren können. Die [[Vernetzung (Chemie)|Quervernetzung]] von Proteinen (''Protein-Cross-Link'') hat auf die Funktion eines Proteins erheblich größere Auswirkungen, als die Oxidation einer Seitengruppe einer Aminosäure. Durch die Quervernetzung können hochmolekulare [[Aggregation (Chemie)|Aggregate]] entstehen, die durch [[Proteolyse]], beispielsweise durch das [[Proteasom]], nicht mehr abgebaut werden können. Diese Aggregate werden dann in den Zellen eingekapselt und abgelagert. Ein Beispiel für eine solche Ablagerung ist das „Alterspigment“ [[Lipofuszin]], das sich vor allem in den [[Herzmuskel|Kardiomyozyten]], [[Hepatozyt]]en und [[Nervenzelle]]n ansammelt. Daneben finden sich oxidierte Proteine auch bei fast allen neurodegenerativen Erkrankungen wie beispielsweise der [[Alzheimer-Krankheit|Alzheimer-]] und der [[Parkinson-Krankheit]].<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> Beim [[Katarakt (Medizin)|Grauen Star]] sind Quervernetzungen von oxidierten Proteinen für die Entstehung der Krankheit verantwortlich.<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>

Die Oxidation einer Aminosäure in einem Protein kann dessen Funktion, beispielsweise als [[Enzym]] oder [[Botenstoff]], erheblich beeinflussen. Die Veränderung der [[Primärstruktur]] kann sich sowohl auf die [[Sekundärstruktur]] und die [[Tertiärstruktur]] auswirken. Von der Proteinoxidation sind alle [[Zellkompartiment]]e betroffen. Sie hat erheblichen Einfluss auf die [[Selbstregulation|Homöostase]] der Zelle. Der Abbau defekter (oxidierter) Proteine ist daher eine wichtige Aufgabe des [[Proteolyse|proteolytischen]] Bereiches des antioxidativen Verteidigungssystems der Zelle. Die leicht oxidierten Proteine verändern massiv ihre Tertiärstruktur, indem sich hydrophobe Bereiche des Proteins nach außen wenden. [[Lysosom]]ale [[Cathepsin]]e und andere [[Peptidase|Proteasen]], sowie das [[Proteasom]], erkennen diese Bereiche als Marker und zerlegen diese Proteine bevorzugt.<ref>P. Voss und T. Grune: ''Degradation and accumulation of oxidized proteins in age-related diseases.'' 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. 527–562.</ref>
Stärker geschädigte, vor allem quervernetzte Proteine sind dagegen schlechte [[Substrat (Biochemie)|Substrate]] für das Proteasom und alle anderen proteolytischen Enzyme und können diese in ihrer Funktion sogar [[Inhibitor|inhibieren]]. Die Quervernetzung kann durch die Oxidation von Thiolgruppen (Cystein) zu [[Disulfidbrücke]]n, durch die Bildung von [[Dityrosin]] aus zwei Tyrosin-Molekülen, die Reaktion von durch Oxidation gebildeten Aldehyd-Gruppen mit Aminogruppen zu [[Imine]]n (Schiffsche Basen) und die Reaktion von durch Lipidperoxidation gebildeten [[Vernetzung (Chemie)|Vernetzern]] wie beispielsweise 4-Hydroxynonenal (HNE) und Malondialdehyd (MDA) verursacht werden.<ref>B. Catalgol und T. Grune: ''Protein pool maintenance during oxidative stress.'' In: ''[[Curr Pharm Des]]'' 15, 2009, S. 3043–2051. PMID 19754378 (Review).</ref>

Die als Folge der Oxidation von Proteinen gebildeten [[Carbonylprotein]]e können in der [[Laboratoriumsmedizin|Labordiagnostik]] als [[Biomarker (Medizin)|Biomarker]] für oxidativen Stress, beziehungsweise für die Proteinoxidation verwendet werden.

== 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
* V. I. Lushchak: ''Free radical oxidation of proteins and its relationship with functional state of organisms.'' In: ''Biochemistry (Mosc)'' 72, 2007, S. 809–827. PMID 17922638 (Review)
* V. Cecarini u. a.: ''Protein oxidation and cellular homeostasis: Emphasis on metabolism.'' In: ''[[Biochim Biophys Acta]]'' 1773, 2007, S. 93–104. PMID 17023064 (Review)
* B. Chakravarti und D. N. Chakravarti: ''Oxidative modification of proteins: age-related changes.'' In: ''Gerontology'' 53, 2007, S. 128–139. PMID 17164550 (Review)
* E. R. Stadtman: ''Protein oxidation and aging.'' In: ''Free Radic Res'' 40, 2006, S. 1250–1258. PMID 17090414 (Review)
* R. Widmer u. a.: ''Protein oxidation and degradation during aging: role in skin aging and neurodegeneration.'' In: ''Free Radic Res'' 40, 2006, S. 1259–1268. PMID 17090415 (Review)
* T. C. Squier: ''Oxidative stress and protein aggregation during biological aging.'' In: ''Exp Gerontol'' 36, 2001, S. 1539–1550. PMID 11525876 (Review)
* T. C. Squier und D. J. Bigelow: ''Protein oxidation and age-dependent alterations in calcium homeostasis.'' In: ''Front Biosci'' 5, 2000, S. D504–D526. PMID 10799358 (Review)

== Einzelnachweise ==
<references/>

[[Kategorie:Posttranslationale Modifikation]]
[[Kategorie:Geriatrie]]
[[Kategorie:Zellbiologie]]

Proteinoxidation - Versionsgeschichte

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