Sensorproteine

Sensorproteine sind Proteine, die Umweltreize erkennen und daraufhin intrazelluläre Signale auslösen. Sie kommen in Bakterien, Pflanzen und Tieren vor und bilden zentrale Komponenten der Wahrnehmung, der Anpassung an Umweltbedingungen und der Steuerung zellulärer Prozesse.

Struktur und Funktionsweise: Typisch besitzen Sensorproteine eine Domäne zur Reizbindung sowie eine Signaldomäne, die eine Reaktionskaskade aktiviert. Durch Reizbindung erfahren die Proteine oft eine Konformationsänderung, die entweder eine Kinaseaktivität, das Öffnen oder Schließen eines Ionenkanals oder die Aktivierung weiterer Signalwege bewirkt. Die Signalweitergabe erfolgt häufig über Second Messengers wie cAMP oder Ca2+ oder durch Phosphorylierung von Zielproteinen.

Typen: In Bakterien spielen Sensorhistidinkinasen in Zwei-Komponenten-Systemen eine zentrale Rolle, indem sie Reize erkennen und Phosphorylierung auf Response Regulatoren übertragen. In Eukaryoten tragen G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) eine große Vielfalt an Aufgaben, darunter Hormone, Neurotransmitter und Sinnesreize zu erkennen. Ionenkanäle fungieren als direkte Reizüberträger; Photorezeptoren wie Rhodopsin in Tieren und Phytochromen oder Cryptochrome in Pflanzen reagieren auf Licht. Mechanosensoren und Thermosensoren erfassen Druck, Dehnung oder Temperaturänderungen.

Bedeutung: Sensorproteine ermöglichen Wahrnehmung und adäquate Reaktionen auf Umweltveränderungen, regulieren Stoffwechselwege, Entwicklung und Sinnesfunktionen sowie die Aufrechterhaltung der Homöostase.

Forschung und Anwendungen: Sie stehen im Fokus struktureller Analysen, Funktionsstudien und der Entwicklung biosensorischer Systeme. In der Biotechnologie dienen sie u. a. als Bausteine für Sensoren und optogenetische Werkzeuge. Beispiele umfassen bakterielle Sensorhistidinkinasen, GPCRs und Photorezeptoren.