Proteindomäne

 

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Eine Proteindomäne ist ein Bereich innerhalb der Aminosäuresequenz eines Proteins, der aufgrund definierter Eigenschaften von seiner Umgebungssequenz unterschieden werden kann.

Im Allgemeinen werden funktionelle Domänen und strukturelle Domänen definiert:

  • Eine funktionelle Domäne wird häufig bestimmt, indem die Aminosäurereste des betrachteten Proteinbereichs gentechnisch ausgetauscht werden. Das Gleichbleiben oder die Abnahme der Funktion (zum Beispiel der katalytischen Aktivität eines Enzyms) gibt einen Hinweis auf die Zuordnung des betreffenden Aminosäurerestes. Es sind Hunderte bis Tausende unterschiedlicher funktioneller Proteindomänen bekannt.
  • Strukturelle Domänen sind Bereiche, die eine eigenständige Faltung (Sekundärstruktur) aufweisen. Die Faltung bzw. räumliche Struktur des Peptidabschnitts ist zum Teil in der Peptidsequenz (Primärstruktur) kodiert und wird durch Chaperone unterstützt. Funktionelle und strukturelle Domänen korrelieren häufig, aber nicht notwendigerweise. Nur wenige rein strukturelle Domänen sind charakterisiert, da man an der Proteinfunktion interessiert ist.

Modularer Aufbau von Proteinen

Viele Proteine sind modular aus einer Zusammenstellung verschiedener Proteindomänen aufgebaut, die nur in ihrer Kombination die spezifische Funktion des Proteins wahrnehmen können. So bestehen Transkriptionsfaktoren in der Regel aus mindestens einer DNA-bindenden Domäne sowie einer Transaktivierungsdomäne, welche an der Initiation der Transkription beteiligt ist. Als ein weiteres Beispiel können Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktionsproteine angeführt werden: Hier bewirken verschiedene Bindedomänen in variabler Zusammenstellung eine bestimmte Substratspezifität.

Eine Proteindomäne kann dabei in über hundert verschiedenen Proteinen Verwendung finden, welche sich jedoch untereinander in der Kombination ihrer funktionellen Domänen unterscheiden. Dies ermöglicht evolutionär eine erhöhte Geschwindigkeit in der Entstehung neuer Proteine, da bereits vorhandene Bausteine schnell zusammengestellt werden können. Hierbei wirken vor allem zwei Mechanismen: nicht-allelische homologe Rekombination und Transposon-vermittelte Insertion eines DNA-Abschnittes an andere Stelle in das Genom.[1]

Datenbanken zu Proteindomänen

Pfam

Pfam beinhaltet die Familien von Proteindomänen. Mit Hilfe bekannter Domänen kann der Benutzer über einem Sequenzvergleich in einem unbekannten Protein auf eine ähnlich Funktion oder eine evolutionäre Verwandtschaft schließen.

ProDom

ProDom enthält Proteindomänen, die von Sequenzen aus SWISS-PROT und TrEMBL stammen. Weiterhin kann die Domänenstruktur eines Proteins graphisch dargestellt werden.

SMART

SMART ist die Abkürzung für Simple Modular Architecture Research Tool und ist eine Datenbank über Familien von Proteindomänen. Zu diesen kann der Benutzer Auskunft über Funktion, wichtige Aminosäuren, phylogenetische Entwicklung und der Tertiärstruktur erhalten.

CDD

CDD steht für Conserved Domain Database und ist eine Datenbank, bei der man Domänen und das dazugehörige Sequenzalignment abfragen kann. Die Einträge sind hier aus Pfam, SMART und COG abgeleitet.

HITS

Mit der HITS-Datenbank kann man Proteindomänen abfragen.

InterPro

Über die InterPro sind eine Beschreibung der Funktion der Proteinfamilie, Literaturreferenzen und Querverweise abrufbar. Informationen werden dabei durch Integration verschiedener Datenbanken wie PROSITE, PRINTS, Pfam und ProDom zusammengestellt.

Identifikation von Domänen

2ZIP

Mit Hilfe von 2ZIP lassen sich Vorhersagen über Leucin-Zipper-Domänen machen.

3Dee

Diese Datenbank enthält Definitionen von Proteindomänen.

DALI Domain Dictionary

Das DALI-Wörterbuch der Domänen macht eine automatische Klassifikation von Proteindomänen auf der Basis von Sequenzübereinstimmungen. Mit diesem Wörterbuch kann der Benutzer 3-D-Proteinstrukturen vergleichen und strukturelle Domänen identifizieren, die sich in zwei verschiedenen Proteinen ähneln, obwohl sich die Sequenzen voneinander unterscheiden.

Dieses Wörterbuch wird nicht mehr unterstützt. Hier das Zitat der Betreiber mit dem Link zu einem alternativen Programm: "The DALI service at the EBI will be phased out of use on the 26th Jan 2008. This is an effect of new hardware and technical changes at the EBI. DALI no longer offers the service that was unique in 1996 when it started. An alternative system is available through SSM. This is an interactive procedure and is available on URL http://www.ebi.ac.uk/msd-srv/ssm/."

Proteindomänen

Einzelnachweise

  1. Tom Strachan, Andrew Read: Human Molecular Genetics; Garland Science, 4. Auflage, 2011; S. 315; ISBN 978-0-815-34149-9

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