EFHandStrukturen

EF-HandStrukturen, oft als EF-Hand-Domänen bezeichnet, sind Ca2+-bindende Motive, die in einer großen Vielfalt von Proteinen vorkommen und eine zentrale Rolle in der Kalziumsignalisierung spielen. Der Name leitet sich von den E- und F-Helices ab, die von einer charakteristischen Kalziumbindeschleife, die etwa aus 12 Aminosäuren besteht, flankiert werden.

Aufbau und Bindung: Eine EF-Hand besteht aus zwei antiparallelen Alpha-Helices, E und F, die durch eine Kalziumbindeschleife getrennt sind. Die Schleife ist typischerweise 12 Residuen lang und zeigt eine konservierte Sequenz, in der ausdrucksstark Asp- und Glu-Reste wichtige Kalziumliganden liefern. Das Kalziumion wird durch Sauerstoffatome von Seitenketten und Rückgratscarbonylgruppen koordiniert, häufig in einer siebenliganden Geometrie (pentagonal bipyramidal). In vielen Fällen wird zusätzlich ein Wassermolekül koordiniert. Die Bindung von Ca2+ bewirkt oft eine Konformationsänderung der gesamten EF-Hand-Domäne, wodurch hydrophobe Oberflächen freigelegt oder neue Bindungsstellen für Zielproteine geschaffen werden.

Vorkommen und Funktion: EF-Hand-Strukturen kommen in vielen Proteinfamilien vor, darunter Calmodulin, Troponin C, Parvalbumin und die S100-Proteine. Sie liegen meist in mehreren, oft tandem angeordneten EF-Hand-Domänen vor und ermöglichen so eine feine Regulierung der Zielproteine durch Kalziumpegel. Je nach Proteinvariante variieren Affinität und Reaktionskinetik, was zu unterschiedlichen signalmechanischen Rollen führt, zum Beispiel Regulation von Enzymen, Ionenkanälen, Muskelkontraktion und Genexpression.

Variation und Bedeutung: Neben funktionalen EF-Hand-Domänen gibt es auch nicht funktionsfähige (Pseudo-)EF-Hände, bei denen wichtige Liganden fehlen. Die EF-Hand-Strukturen zeigen eine große evolutionäre Verbreitung und Vielfalt, wodurch sie zentrale Bausteine der zellulären Kalziumsignalisierung darstellen.