DsbC

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Einführungen der Disulfidbindung

Die Disulfidbindung, oder S-S-Bindung, ist eine kovalente Bindung zwischen Schwefelatomen in der Form von -S-S-, die durch die Oxidation von 2 Sulfhydrylgruppen gebildet wird. Die Sulfhydrylgruppen der 2 Cystein (Cys für kurz) Reste auf der Peptidkette können oxidiert werden, um eine Disulfidbindung zu bilden; zusammen mit der Bildung der Disulfidbindung werden die Cysteinreste in Cystinreste umgewandelt. Disulfidbindungen spielen eine sehr wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der molekularen Struktur von Proteinen.

Rolle der Disulfidbindungen

Disulfidbindungen sind wichtig für das richtige Falten von Proteinen und die Bildung und Aufrechterhaltung höherer Strukturen. Die Bildung der Disulfidbindung zwingt die Aminosäurereste in verschiedenen Regionen der gleichen oder unterschiedlichen Peptidketten dazu, sich zusammenzuschließen, sodass die Peptidketten schnell gefaltet werden und eine stabile räumliche Topologie bilden; die Anzahl der Aminosäurereste in diesem Bereich ist sehr dicht; währenddessen umgeben die hydrophoben Aminosäurereste die Disulfidbindung, die ein lokales hydrophobes Zentrum bilden kann und Wasserstoffmoleküle daran hindert, in das Innere des Peptids einzutreten und die Wasserstoffbindung zu brechen. Dies erleichtert die Bildung eines stabilen Bereichs höherer Struktur. Da Disulfidbindungen verschiedene Regionen der Peptidkette überbrücken können, werden sie manchmal als Disulfidbrücken bezeichnet.

Hintergrund

DsbA ist verantwortlich für die Oxidation von zwei Sulfhydrylgruppen zur Bildung von Disulfidbindungen, DsbB ist verantwortlich für die Reoxidation von DsbA. DsbC und DsbG sind verantwortlich für die Korrektur abnormaler Disulfidbindungen, die von DsbA eingeführt wurden, DsbD ist verantwortlich für die Re-Reduktion von DsbC und DsbG. Ihre molekularen Chaperonfunktionen sind unabhängig von der Aktivität der Disulfid-bildenden Enzyme und tragen erheblich zur Aktivität der Disulfid-bildenden Enzyme bei. Basierend auf den funktionalen Eigenschaften der Dsb-Proteine gibt es viele erfolgreiche Beispiele für die Verwendung dieser Proteine zur Expression exogener Proteine, insbesondere von Proteinen mit Disulfidbindungen, in E. coli als Wirtsorganismen.

Entdeckung

Im Jahr 1994 identifizierten Missiakas et al. die Anwesenheit von DsbC-Proteinen in E. coli und analysierten deren Funktion (das Gen wurde ursprünglich xprA genannt). Zuvor waren Shevchik et al. die ersten, die ein Gen namens dsbC in Erwinia chrysanthemi identifizierten, dessen Produkt die E. coli dsbA-Mutation kompensieren konnte, die eine Störung in der Bildung von Disulfidbindungen in der periplasmatischen Lumen von E. coli verursacht. E. coli dsbC-Deletionsmutanten akkumulieren viele reduzierte Formen von disulfidhaltigen Proteinen in ihrem periplasmatischen Lumen, die durch Zugabe von oxidiertem Dithiothreitol (DTT) oder Cystein oder durch die Expression mehrerer Kopien von dsbA gerettet werden können. Das E. coli DsbC-Vorläuferprotein hat eine Masse von 25,5 kD und wird anschließend zu einem reifen Protein von 23,3 kD verarbeitet.

DsbC

Disulfidbindungsbildendes Protein B (DsbB) ist ein Proteinbestandteil des Weges, der zur Bildung von Disulfidbindungen in periplasmatischen Proteinen von E. coli und anderen Bakterien führt. In Bacillus subtilis ist es als BdbC bekannt.

Struktur

DsbB-Protein oxidiert das periplasmatische Protein DsbA, das wiederum Cysteins in anderen periplasmatischen Proteinen oxidiert, um Disulfidbindungen zu bilden. DsbB fungiert als Redoxpotentialsensor über die zytoplasmatische Membran. Es ist ein Membranprotein, das die Membran viermal durchspannt, wobei sowohl das N-terminale als auch das C-terminale Ende des Proteins im Zytoplasma liegen. Jeder periplasmatische Strukturdomäne des Proteins hat zwei essentielle Cysteins. Die beiden Cysteins in der ersten periplasmatischen Domäne befinden sich in der Cys-XY-Cys-Konfiguration, die charakteristisch für die aktiven Stellen anderer Proteine ist, die an der Bildung von Disulfidbindungen beteiligt sind, einschließlich DsbA und Protein-Disulfid-Bindungsisomerasen.