Proteinzustand

Proteinzustand bezeichnet in der Biochemie den konformen Zustand eines Proteins unter bestimmten Bedingungen. Ein Protein kann mehrere Zustandsformen annehmen, die sich in Struktur und Dynamik unterscheiden. Der native Zustand ist in der Regel der gefaltete, funktionelle Zustand mit der niedrigsten freien Energie unter physiologischen Bedingungen. Zu weiteren Zuständen zählen der unfolded oder denaturierte Zustand, intermediäre Faltungsformen, der Molten-Globule-Zustand, Fehlgefaltungen und aggregierte Formen.

Die Zustandsverteilung wird durch das Energieprofil der Faltungslandschaft beschrieben. Unter Umständen ergibt sich ein Faltungs- bzw. Denaturierungsgleichgewicht, das durch die Gibbssche Freie-Energie-Differenz ΔG zwischen Zuständen bestimmt wird. Temperatur, pH-Wert, Salzgehalt, Lösungsmittelzusätze und Bindung von Liganden verschieben das Gleichgewicht und verändern die Stabilität des nativen Zustands.

Proteinzustände sind oft dynamische Ensembles. Konformationsselektion und induzierte Passform erklären, wie Proteine mehrere Strukturpfade einschlagen können. Allostere Regulation beruht auf der Verfügbarkeit alternativer Zustände, die durch Bindung an regulierende Moleküle verändert werden.

Methoden zur Untersuchung umfassen Kreisresonanz-Dichroismus zur Bestimmung sekundärer Strukturen, Fluoreszenz- und NMR-Spektroskopie zur Dynamik, Röntgenkristallographie und Kryo-Elektronenmikroskopie zur Strukturerfassung stabiler Zustände sowie Differential-Scan-Thermolyse zur Thermodynamik. Experimentelle Bedingungen müssen die Zustandsstruktur berücksichtigen, da Umweltfaktoren den Zustand stabilisieren oder destabilisieren können.

Die Kenntnis des Proteinzustands ist für Biologie, Biotechnologie und Medizin relevant, etwa zur Stabilisierung des nativen Zustands in der Proteinherstellung, zur Steuerung von Allostereffekten oder zur Verhinderung von Fehlfaltung und Aggregation, die mit Krankheiten assoziiert sind.