Proteindomänen

Proteindomänen sind eigenständige, wiederverwendbare Struktureinheiten innerhalb Proteinen. Sie falten sich in der Regel unabhängig zu kompakt stabilen Modulen und tragen oft eine charakteristische Funktion. In vielen Proteinen sind mehrere Domänen in aufeinander folgenden Sequenzen angeordnet, wodurch durch Misch- und Demontage neue Funktionen entstehen. Domänen haben typischerweise eine Länge von rund 40 bis 250 Aminosäuren, können aber variieren. Als evolutionäre Bausteine gelten sie als modular und können unabhängig voneinander evolvieren.

Funktion und Struktur: Domänen spezifizieren Teilfunktionen des Proteins, wie zum Beispiel Bindung von Molekülen, Katalyse oder Stabilisierung. Beispiele: SH2- und SH3-Domänen vermitteln Signaltransduktion durch Erkennung von phosphorylierten Tyrosinen bzw. prolinreichen Motiven; Kinase-Domänen katalysieren Phosphorylierungsreaktionen; immunoglobulinartige Domänen vermitteln Protein-Protein-Wechselwirkungen; WD40-Domänen bilden mehrschichtige Propellerstrukturen.

Evolution und Klassifikation: Domänen entstehen durch Domänenverschmelzung, Duplikation und Rekombination, was zu vielfältigen Domänenarchitekturen führt. Zur systematischen Kennzeichnung existieren Domänen-Datenbanken wie Pfam, InterPro, SMART und CATH. Diese verwenden Sequenz- und Strukturinformationen, um Domänen zu definieren und homologe Domänen zu gruppieren. In der Praxis werden Domänen oft durch computationale Methoden identifiziert, etwa mit Hidden-Markov-Modellen (HMMs) und Tools wie HMMER; strukturgebundene Zuweisungen nutzen Vergleichs- und Dekompositionstechniken.

Bedeutung: Domänen helfen, Funktionen mehrteiliger Proteine zu verstehen, erleichtern die Vorhersage von Funktionen aus Sequenzen und sind zentrale Bezugspunkte in der Proteindiagnostik, beim Verständnis von Signalwegen und in der Wirkstoffentwicklung.