Ubiquitin
Englisch: ubiquitin
1. Definition
Ubiquitin ist ein Protein, das in eukaryoten Zellen bei der Ubiquitinierung an Proteine gebunden wird. Dabei handelt es sich um eine Form der posttranslationalen Modifikation.
2. Struktur
Ubiquitin besteht aus 76 Aminosäuren und hat eine Molekülmasse von 8,6 kDa. In der Sekundärstruktur ist es aus einem β-Faltblatt, bestehend aus fünf antiparallelen β-Strängen, und einer α-Helix zusammengesetzt. Die Tertiärstruktur ist überwiegend globulär. Die Primärsequenz und entsprechend die Struktur von Ubiquitin ist hochkonserviert. Das Protein in dem einfachen Eukaryoten Saccharomyces cerevisiae unterscheidet sich in nur 3 Aminosäuren von dem Protein im Menschen.
3. Biochemie
Ubiquitin kann auf verschiedene Weisen an ein Protein gebunden werden. Grundsätzlich unterscheidet man die Monoubiquitinierung, bei der nur einzelne Ubiquitin-Moleküle gebunden werden, von der Polyubiquitinierung, bei der sich Polyubiquitinketten ausbilden. Ubiquitin wird über eine Enzym-Kaskade aktiviert. Die Bindung an das Zielprotein erfolgt durch die Interaktion zwischen einem C-terminalen Glycin des Ubiquitins und der Aminogruppe eines Lysinrestes im Zielprotein. Dabei wird eine Isopeptidbindung ausgebildet.
Bei der Polyubiquitinierung kann die Verknüpfung der Ubiquitine miteinander über 7 verschiedene Lysinreste erfolgen: K6, K11, K27, K29, K33, K48 und K63. Je nach dem, welche Reste für die Bindung genutzt werden, entstehen Ketten mit unterschiedlicher Struktur. Außerdem können über das N-terminale Methionin lineare Polyubiquitinketten gebildet werden.
4. Funktion
Je nach Art der Ubiquitinierung hat die posttranslationale Modifikation verschiedene Funktionen. K48- und K11-gekoppelte Polyubiquitinketten führen zum Abbau im Proteasom. Ubiquitinierung an K63 verändert die Funktion des Substrats durch Konformationsänderungen und spielt eine Rolle in der DNA-Reparatur, Endozytose, Stressantwort und Signaltransduktion. Über K63-gekoppelte Ubiquitinierung wird zum Beispiel der Transkriptionsfaktor NF-kB aktiviert. Hier ist auch die lineare Ubiqutinierung über das N-terminale Methionin beteiligt.