Motorprotein

Motorproteine sind eine von fünf Funktionsgruppen der Cytoskelettproteine neben den filamentären Gerüstproteinen, Brückenproteinen, Begrenzungsproteinen und Regelproteinen. Sie sind ausgeprägte allosterische Proteine, die vornehmlich unter ATP-Verbrauch der Bewegungserzeugung dienen, teilweise aber auch Regelaufgaben übernehmen. Hauptsächlich werden mit diesen Bewegungen biologische Lasten (Vesikel, Zellorganellen, u. a.) transportiert bzw. Cytoskelettelemente gegeneinander verschoben.

Grundlegender Aufbau

Motorproteine bestehen immer aus einer sogenannten Kopf- (oder Motordomäne) und einer Schwanzdomäne.

Motordomäne

Hiermit bindet sich das Protein an das Cytoskelettelement. In der Motordomäne befindet sich auch die ATP-Bindungsstelle und die Strukturen, die bei der Konformationsänderung die Bewegung des Moleküls ausführen. In den einzelnen Familien von Motorproteinen sind die Motordomänen sehr einheitlich und hoch konserviert.

Schwanzdomäne

Hier befinden sich die Bindungsstellen für die Last, die transportiert werden soll. Der Aufbau der Schwanzdomäne legt außerdem fest, ob sich mehrere Proteine zu größeren Komplexen zusammenlagern können. Der Aufbau der Schwanzdomäne ist sehr variabel.

Motorproteinklassen

  • Kinesin: Bindet an Mikrotubuli. Bildet meistens Dimere. Die Bewegungsrichtung von Kinesin ist meistens vom Minus- zum Plusende des Mikrotubulus. Es dient in erster Linie dem Transport von Zellorganellen und Vesikeln. Zum Beispiel werden Vesikel mit Neurotransmittern mittels Kinesin in den Nervenzellen vom Zellkern über das Axon zur Synapse transportiert. Es handelt sich also in den meisten Fällen um einen Transport vom Zellkern zur Zellmembran. Kinesin hat auch wichtige regulatorische Funktionen bei der Zellteilung.
  • Dynein: Dyneine bilden meistens Dimere und binden an Mikrotubuli. Sie bewegen sich meistens vom Plus- zum Minusende eines Mikrotubulus (von der Zellmembran zum Zellkern). Es gibt spezielle Arten von Dynein, die im Axonema von Cilien und Geißeln vorkommen.
  • Myosin: Myosine binden an Aktinfilamente und können hier ebenfalls als Dimere Vesikel oder ähnliches transportieren. Ihre Bewegungsrichtung ist meistens vom Minus- zum Plusende eines Aktinfilaments (Ausnahme: Myosin VI [1]). Weiterhin dienen Myosine dem Verschieben von Cytoskelettelementen gegeneinander. Sie übernehmen deshalb z. B. Funktionen bei der Zelladhäsion, der Endo- und Exocytose, Zellfortbewegung durch Kriechen, im allgemeinen Verformung von Zellen (z. B. Muskelkontraktion) etc. Myosin ist ein Motorprotein, das nur in Eukaryoten vorkommt, hier allerdings immer.
  • Prestin: Ein sehr schnell bewegliches Motorprotein der äußeren Haarzellen des Innenohrs.
    Immunolokalisierung zeigt, dass Prestin in den lateralen Plasmamembranen der äußeren Haarzellen zu finden ist. Das ist der Bereich, in dem Elektromotilität auftritt. Prestin (molare Masse: 80 kDa) gehört zur Familie der Anionen-Transporter, SLC26. Die Proteine dieser Familie sind strukturell gut erhalten und können den elektroneutralen Austausch von Chloriden und Karbonaten durch die Plasmamembran von Säugetierzellen vermitteln. Zwei Anionen erweisen sich dabei als wichtig für die Motilität der äußeren Haarzellen. Im Unterschied zu den enzymatisch betriebenen Motorproteinen bewirkt beim Prestin die direkte Umwandlung elektrischer Spannungen eine mechanische Verschiebung. Damit wird eine gegenüber zellulären Motorproteinen um Größenordnungen schnellere Motilität erreicht. Um diese Wirkung entfalten zu können, wird das Protein auf kurzem Weg direkt von den sensorischen Elementen der äußeren Haarzellen angesteuert.

Verwandtschaftsverhältnisse

Durch Strukturanalysen konnte gezeigt werden, dass Myosin und Kinesin einen sehr ähnlichen Kern in der Motordomäne besitzen in dem sich die ATP-Bindungsstelle befindet und die Konformationsänderung des Proteins ihren Anfang nimmt. Es wird deshalb vermutet, dass Myosin und Kinesin einen gemeinsamen evolutionären Ursprung haben, sie bilden eine Proteinfamilie.

Obwohl Kinesin und Dynein Mikrotubuli als Schienensystem verwenden, konnte kein gemeinsamer Ursprung erkannt werden.

Eine funktionelle Verwandtschaft besteht auch zu den G-Proteinen die durch GTP-Verbrauch eine Konformationsänderung durchmachen, diese Konformationsänderung allerdings in erster Linie zur Signalweiterleitung verwenden.

Einzelnachweise

  1. J. Menetrey et al.: The structure of the myosin VI motor reveals the mechanism of directionality reversal. Nature 435/7043/2005. S. 779-785, PMID 15944696.

Weblinks

  • Cymobase - A database for cytoskeletal and motor protein sequence information

Die News der letzten Tage

30.06.2022
Mikrobiologie | Ökologie
Leben im Erdinneren
Mikroorganismen in Grundwasserleitern tief unter der Erdoberfläche produzieren ähnlich viel Biomasse wie solche in manchen Meeresbereichen.
30.06.2022
Ethologie | Vogelkunde
Zebrafinken im Schwarm: Blinker setzen und Schulterblick
Viele Vogelarten fliegen gemeinsam mit Artgenossen in Schwärmen, um Flugstrecken sicher zu überwinden.
30.06.2022
Taxonomie | Amphibien- und Reptilienkunde
99 Kaulquappenarten in einem neuen Feldführer
Wichtig, aber oft vernachlässigt: Kaulquappen spielen eine entscheidende Rolle in der Ökologie aquatischer Lebensräume.
29.06.2022
Bionik, Biotechnologie, Biophysik
Wasserabstoßung erster Schritt zum Leben an Land vor einer Milliarde Jahren
Wissenschaftler konnten erforschen, wie sich die Fähigkeit, extrem Wasser abzuweisen, von bestimmten Bakterien bereits vor einer Milliarde Jahren über Grünalgen, Schleimpilze, Moose und Farne bis zu den Lotusblättern entwickelt hat.
29.06.2022
Ökologie
Massenentwicklungen von Wasserpflanzen – natürliches Phänomen oder ernstes Problem?
Im Sommer zieht es viele Menschen an unsere Gewässer, doch dabei stoßen sie auf ein immer häufiger auftretendes Phänomen: die Massenentwicklung von Wasserpflanzen.
29.06.2022
Genetik | Evolution | Insektenkunde
Enzym bakteriellen Ursprungs förderte die Evolution der Bockkäfer
Genduplikationen erhöhte die Vielfalt und Spezifität der Enzyme, die es Larven von Bockkäfern ermöglichen, wichtige Holzbestandteile abzubauen.
28.06.2022
Mikrobiologie | Biochemie
Wie Darmbakterien im Menschen gedeihen
Ein Forschungsteam in Tübingen hat bedeutende Fortschritte erzielt in der Frage, wie Bakterien im menschlichen Darm gedeihen.
27.06.2022
Ethologie | Primatologie
Schimpansen finden sich in virtuellen Umgebungen zurecht
Mit Hilfe von Touchscreens durchquerten sechs Schimpansen aus dem Zoo Leipzig eine virtuelle Landschaft um zu einem weit entfernten Baum zu gelangen, unter dem sie verschiedene Früchte fanden.
27.06.2022
Ökologie | Vogelkunde
Schneller Rückgang der Geier-Bestände in Afrika: Schutzgebiete zu klein
Geier erfüllen wichtige Ökosystemfunktionen, da sie die Landschaft von Kadavern befreien und so beispielsweise die Ausbreitung von Wildtierkrankheiten begrenzen.
27.06.2022
Genetik | Biochemie | Bionik, Biotechnologie, Biophysik
Genome zeigen verstecktes Potential der Flechten
Flechten bilden unter anderem Stoffe mit biotischer Wirkung, die für die Pharmazie von großem Interesse sind - sogenannte sekundäre Flechtenstoffe.
22.06.2022
Bionik, Biotechnologie, Biophysik | Meeresbiologie
Ozean als Quelle für Naturstoffe angezapft
Forschende entdecken im Meerwasser anhand von DNA-​Daten nicht nur neue Bakterienarten, sondern auch unbekannte Naturstoffe, die dereinst nützlich sein könnten.