Multimerisierung

Multimerisierung bezeichnet in der Biologie den Prozess, bei dem Monomere zu Mehrfachstrukturen zusammengeschlossen werden. Dabei entstehen Dimeren, Trimere, Tetramere oder allgemein oligomere Proteinzusammenschlüsse aus mehreren Untereinheiten. Multimerisierung kann homo- oder heteromultimer sein, das heißt, alle Untereinheiten sind gleich oder verschiedenartig.

Der Zusammenbau erfolgt überwiegend durch nicht-kovalente Interaktionen wie Wasserstoffbrücken, ionische Wechselwirkungen und hydrophobe Kräfte; in einigen Fällen tragen auch kovalente Disulfidbrücken zur Stabilität bei. Die Bildungsenergie und Stabilität der Multimere hängen von Faktoren wie Konzentration, pH-Wert, Ionenstärke und Temperatur ab und können durch Ligandenbindung oder posttranslationale Modifikationen moduliert werden. Chaperone und andere Hilfsproteine können den Assemblierungsprozess unterstützen oder kontrollieren.

Multimerisierung hat oft eine zentrale Funktion für die Biologie von Proteinen. Durch die Zusammenarbeit mehrerer Untereinheiten ergeben sich neue Eigenschaften wie Allostere Regulation, Kooperativität oder erhöhte Stabilität. Ein bekanntes Beispiel ist Hämoglobin, ein Tetramer aus zwei Alpha- und zwei Beta-Untereinheiten, dessen Oligomerisierung eine koordinierte Sauerstoffaufnahme ermöglicht. Auch viele Enzyme, Rezeptoren und strukturelle Proteine arbeiten als Multimere und zeigen dadurch spezialisierte Regulation oder mechanische Robustheit.

Methoden zur Untersuchung der Multimerisierung umfassen Größen-Exklusionschromatographie, analytische Ultrazentrifugation, Kreuzvernetzung, Massenspektrometrie, Röntgenkristallographie und Kryo-Elektronenmikroskopie. Chemische oder biologische Störungen der Multimerbildung können funktionelle Defekte verursachen und spielen eine Rolle in Gesundheit und Disease.