Proteinstabilität

Proteinstabilität bezeichnet die Fähigkeit eines Proteins, seinen nativen, gefalteten Zustand unter variierenden Bedingungen beizubehalten. Sie umfasst thermodynamische Stabilität, das Gleichgewicht zwischen gefaltetem und ungefaltetem Zustand, beschrieben durch den Gibbschen Energieunterschied ΔGf, sowie kinetische Stabilität, die Barriere gegen Unfolding und die zeitliche Rate der Denaturierung. Stabilität beeinflusst Struktur, Funktion und Lebensdauer von Proteinen.

Wichtige Einflussgrößen sind Temperatur, pH-Wert, Salzkonzentration, Lösungsmittel und Denaturanzien wie Urea oder Guanidinchlorid, sowie chemische Modifikationen, Mutationen, Ligandenbindung und Metallionen. In Zellen wirkt das Proteostasis-Netzwerk mit Chaperonen, Abbausystemen und regulierter Proteolyse auf die Stabilität von Proteinen.

Instabilität äußert sich durch Unfolding, Aggregation, Ausfällung oder Verlust der Aktivität. Fehlgefaltete Proteine können zu Aggregaten oder Abbau führen. In biologischen Systemen ist stabile Proteinfaltung zentral für Funktion, während Fehlfaltungen mit Krankheiten assoziiert sein können.

Die Stabilität wird durch experimentelle Methoden bewertet, z. B. differenzielle Scan- oder Kalorimetrie (DSC), CD-Spektroskopie, Fluoreszenzmessungen, Denaturationskurven mit Urea oder Guanidin, NMR oder DSF (Thermische Schmelzstabilität). Aus thermodynamischer Sicht wird ΔGf bestimmt; aus kinetischer Sicht interessieren Aktivierungsenergien und Unfolding-Raten.

In der Biotechnologie und Pharmazie spielt Proteinstabilität eine zentrale Rolle. Strategien umfassen Protein-Engineering, Optimierung von Formulierungen (Puffer, Salze, Zucker, Polymere), Lyophilisation und Lagerbedingungen. Stabilitätsprüfungen beeinflussen Produktlebensdauer, Sicherheit und Wirksamkeit.

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