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Micron Document

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<title>Proteinoxidation</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Proteinoxidation</span></h1>

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</div>

<p>Als <b>Proteinoxidation</b> bezeichnet man molekulare Veränderungen an <a href="Protein" title="Protein">Proteinen</a>, die durch <a href="Oxidationsmittel" title="Oxidationsmittel">Oxidantien</a> des <a href="Oxidativer_Stress" title="Oxidativer Stress">oxidativen Stresses</a>, wie beispielsweise <a href="Reaktive_Sauerstoffspezies" title="Reaktive Sauerstoffspezies">Reaktive Sauerstoff-</a> oder <a href="Reaktive_Stickstoffspezies" title="Reaktive Stickstoffspezies">Reaktive Stickstoffspezies</a>, hervorgerufen werden. Der Begriff der Proteinoxidation umfasst dabei auch Oxidationsprozesse kleinerer Proteine (<a href="Peptid" title="Peptid">Peptide</a>) und ihrer Bausteine, den <a href="Aminos%C3%A4uren" title="Aminosäuren">Aminosäuren</a>. Die Oxidation von Proteinen kann zu weitreichenden Veränderungen in ihrer Struktur führen. Wenn die Schädigung des Proteins von der <a href="Zelle_(Biologie)" title="Zelle (Biologie)">Zelle</a> nicht „repariert“ oder das geschädigte Protein vollständig beseitigt werden kann, führt dies zu einer Ansammlung (Akkumulation) defekter oxidierter Proteine in der Zelle. Diese Akkumulation ist mit dem <a href="Altern" title="Altern">Altern</a> des <a href="Organismus" title="Organismus">Organismus</a> verbunden und wird – speziell beim Menschen – mit einer Reihe <a href="Erkrankung" class="mw-redirect" title="Erkrankung">pathologischer Zustände</a>, wie beispielsweise <a href="Diabetes_mellitus" title="Diabetes mellitus">Diabetes mellitus</a>, <a href="Arteriosklerose" class="mw-redirect" title="Arteriosklerose">Arteriosklerose</a> und verschiedener <a href="Neurodegenerative_Erkrankung" title="Neurodegenerative Erkrankung">neurodegenerativer Erkrankungen</a> assoziiert.<sup id="cite_ref-PMID9164834_5-0" class="reference"><a href="#cite_note-PMID9164834-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Oxidationsprozesse_von_Proteinen">Oxidationsprozesse von Proteinen</h2></div>

<p>Der Angriff Reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffspezies auf ein Protein kann in unterschiedlicher Weise erfolgen. Auch Reaktionsprodukte der <a href="Lipidperoxidation" title="Lipidperoxidation">Lipidperoxidation</a>, wie beispielsweise <a href="4-Hydroxynonenal" title="4-Hydroxynonenal">4-Hydroxynonenal</a> (HNE) oder <a href="Malondialdehyd" title="Malondialdehyd">Malondialdehyd</a> (MDA) können mit den Peptiden in unterschiedlicher Weise reagieren und werden ebenfalls zu den Reaktionen der Proteinoxidation gerechnet. Abhängig vom <a href="Reaktionsmechanismus" title="Reaktionsmechanismus">Reaktionsmechanismus</a> unterscheidet man zwischen der

</p>

<ul><li>Fragmentierung der Polypeptidkette (Zerlegung in zwei Stränge),</li>

<li>der Oxidation von Seitengruppen der Aminosäuren und</li>

<li>der Bildung von <i>Protein-Cross-Links</i>.<sup id="cite_ref-6" class="reference"><a href="#cite_note-6"><span class="cite-bracket">[</span>6<span class="cite-bracket">]</span></a></sup></li></ul>

<p>Von den 20 <a href="Proteinogen" class="mw-redirect" title="Proteinogen">proteinogenen Aminosäuren</a> kann über die Hälfte durch oxidativen Stress angegriffen werden. Dabei entstehen zum Teil reaktive Gruppen, wie beispielsweise <a href="Aldehyde" title="Aldehyde">Aldehyde</a>, die selbst intramolekular (im gleichen Protein) oder intermolekular (mit einem anderen Protein) mit einer Aminogruppe von <a href="Lysin" title="Lysin">Lysin</a> oder des <a href="Amino-Terminus" class="mw-redirect" title="Amino-Terminus">N-Terminus</a> des Proteins <a href="Irreversible_Reaktion" class="mw-redirect" title="Irreversible Reaktion">irreversibel</a> reagieren können. Die <a href="Vernetzung_(Chemie)" title="Vernetzung (Chemie)">Quervernetzung</a> von Proteinen (<i>Protein-Cross-Link</i>) hat auf die Funktion eines Proteins erheblich größere Auswirkungen, als die Oxidation einer Seitengruppe einer Aminosäure. Durch die Quervernetzung können hochmolekulare <a href="Aggregation_(Chemie)" title="Aggregation (Chemie)">Aggregate</a> entstehen, die durch <a href="Proteolyse" title="Proteolyse">Proteolyse</a>, beispielsweise durch das <a href="Proteasom" title="Proteasom">Proteasom</a>, nicht mehr abgebaut werden können. Diese Aggregate werden dann in den Zellen eingekapselt und abgelagert. Ein Beispiel für eine solche Ablagerung ist das „Alterspigment“ <a href="Lipofuszin" title="Lipofuszin">Lipofuszin</a>, das sich vor allem in den <a href="Herzmuskel" title="Herzmuskel">Kardiomyozyten</a>, <a href="Hepatozyt" title="Hepatozyt">Hepatozyten</a> und <a href="Nervenzelle" title="Nervenzelle">Nervenzellen</a> ansammelt. Daneben finden sich oxidierte Proteine auch bei fast allen neurodegenerativen Erkrankungen wie beispielsweise der <a href="Alzheimer-Krankheit" title="Alzheimer-Krankheit">Alzheimer-</a> und der <a href="Parkinson-Krankheit" title="Parkinson-Krankheit">Parkinson-Krankheit</a>.<sup id="cite_ref-7" class="reference"><a href="#cite_note-7"><span class="cite-bracket">[</span>7<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Beim <a href="Katarakt_(Medizin)" title="Katarakt (Medizin)">Grauen Star</a> sind Quervernetzungen von oxidierten Proteinen für die Entstehung der Krankheit verantwortlich.<sup id="cite_ref-PMID10937554_8-0" class="reference"><a href="#cite_note-PMID10937554-8"><span class="cite-bracket">[</span>8<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Die Oxidation einer Aminosäure in einem Protein kann dessen Funktion, beispielsweise als <a href="Enzym" title="Enzym">Enzym</a> oder <a href="Botenstoff" title="Botenstoff">Botenstoff</a>, erheblich beeinflussen. Die Veränderung der <a href="Prim%C3%A4rstruktur" title="Primärstruktur">Primärstruktur</a> kann sich sowohl auf die <a href="Sekund%C3%A4rstruktur" title="Sekundärstruktur">Sekundärstruktur</a> und die <a href="Terti%C3%A4rstruktur" title="Tertiärstruktur">Tertiärstruktur</a> auswirken. Von der Proteinoxidation sind alle <a href="Zellkompartiment" title="Zellkompartiment">Zellkompartimente</a> betroffen. Sie hat erheblichen Einfluss auf die <a href="Selbstregulation" title="Selbstregulation">Homöostase</a> der Zelle. Der Abbau defekter (oxidierter) Proteine ist daher eine wichtige Aufgabe des <a href="Proteolyse" title="Proteolyse">proteolytischen</a> Bereiches des antioxidativen Verteidigungssystems der Zelle. Die leicht oxidierten Proteine verändern massiv ihre Tertiärstruktur, indem sich hydrophobe Bereiche des Proteins nach außen wenden. <a href="Lysosom" title="Lysosom">Lysosomale</a> <a href="Cathepsin" class="mw-redirect" title="Cathepsin">Cathepsine</a> und andere <a href="Peptidase" class="mw-redirect" title="Peptidase">Proteasen</a>, sowie das <a href="Proteasom" title="Proteasom">Proteasom</a>, erkennen diese Bereiche als Marker und zerlegen diese Proteine bevorzugt.<sup id="cite_ref-9" class="reference"><a href="#cite_note-9"><span class="cite-bracket">[</span>9<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

Stärker geschädigte, vor allem quervernetzte Proteine sind dagegen schlechte <a href="Substrat_(Biochemie)" title="Substrat (Biochemie)">Substrate</a> für das Proteasom und alle anderen proteolytischen Enzyme und können diese in ihrer Funktion sogar <a href="Inhibitor" title="Inhibitor">inhibieren</a>. Die Quervernetzung kann durch die Oxidation von Thiolgruppen (Cystein) zu <a href="Disulfidbr%C3%BCcke" title="Disulfidbrücke">Disulfidbrücken</a>, durch die Bildung von Dityrosin aus zwei Tyrosin-Molekülen, die Reaktion von durch Oxidation gebildeten Aldehyd-Gruppen mit Aminogruppen zu <a href="Imine" title="Imine">Iminen</a> (Schiffsche Basen) und die Reaktion von durch Lipidperoxidation gebildeten <a href="Vernetzung_(Chemie)" title="Vernetzung (Chemie)">Vernetzern</a> wie beispielsweise 4-Hydroxynonenal (HNE) und Malondialdehyd (MDA) verursacht werden.<sup id="cite_ref-10" class="reference"><a href="#cite_note-10"><span class="cite-bracket">[</span>10<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Die als Folge der Oxidation von Proteinen gebildeten <a href="Carbonylprotein" class="mw-redirect" title="Carbonylprotein">Carbonylproteine</a> können in der <a href="Laboratoriumsmedizin" title="Laboratoriumsmedizin">Labordiagnostik</a> als <a href="Biomarker_(Medizin)" title="Biomarker (Medizin)">Biomarker</a> für oxidativen Stress, beziehungsweise für die Proteinoxidation verwendet werden.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weiterführende_Literatur"><span id="Weiterf.C3.BChrende_Literatur"></span>Weiterführende Literatur</h2></div>

<ul><li>R. Widmer: <a rel="nofollow" class="external text" href="http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2007/1504/"><i>Wirkung von Hemmstoffen und Antioxidantien in Gliazellen bei Anoxie/Reoxygenierung und in der hepatischen Enzephalopathie.</i></a> Dissertation, TU Berlin, 2007</li>

<li>V. I. Lushchak: <i>Free radical oxidation of proteins and its relationship with functional state of organisms.</i> In: <i>Biochemistry (Mosc)</i> 72, 2007, S. 809–827. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17922638?dopt=Abstract">PMID 17922638</a> (Review)</li>

<li>V. Cecarini u. a.: <i>Protein oxidation and cellular homeostasis: Emphasis on metabolism.</i> In: <i><a href="Biochim_Biophys_Acta" class="mw-redirect" title="Biochim Biophys Acta">Biochim Biophys Acta</a></i> 1773, 2007, S. 93–104. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17023064?dopt=Abstract">PMID 17023064</a> (Review)</li>

<li>B. Chakravarti und D. N. Chakravarti: <i>Oxidative modification of proteins: age-related changes.</i> In: <i>Gerontology</i> 53, 2007, S. 128–139. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17164550?dopt=Abstract">PMID 17164550</a> (Review)</li>

<li>E. R. Stadtman: <i>Protein oxidation and aging.</i> In: <i>Free Radic Res</i> 40, 2006, S. 1250–1258. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17090414?dopt=Abstract">PMID 17090414</a> (Review)</li>

<li>R. Widmer u. a.: <i>Protein oxidation and degradation during aging: role in skin aging and neurodegeneration.</i> In: <i>Free Radic Res</i> 40, 2006, S. 1259–1268. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17090415?dopt=Abstract">PMID 17090415</a> (Review)</li>

<li>T. C. Squier: <i>Oxidative stress and protein aggregation during biological aging.</i> In: <i>Exp Gerontol</i> 36, 2001, S. 1539–1550. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11525876?dopt=Abstract">PMID 11525876</a> (Review)</li>

<li>T. C. Squier und D. J. Bigelow: <i>Protein oxidation and age-dependent alterations in calcium homeostasis.</i> In: <i>Front Biosci</i> 5, 2000, S. D504–D526. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10799358?dopt=Abstract">PMID 10799358</a> (Review)</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text"><a href="E._R._Stadtman" class="mw-redirect" title="E. R. Stadtman">E. R. Stadtman</a> und R. L. Levine: <i>Chemical modification of proteins by reactive oxygen species.</i> In: <i>Redox Proteomics: From Protein Modifications To Cellular Dysfunction And Diseases.</i> I. Dalle-Donne, A. Scaloni und A. Butterfield (Editors), Wiley Interscience Series on Mass Spectrometry, 2006, ISBN 0-471-72345-2, S. 4.</span>

</li>

<li id="cite_note-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-2">↑</a></span> <span class="reference-text">E. R. Stadtman und R. L. Levine: <i>Chemical modification of proteins by reactive oxygen species.</i> In: <i>Redox Proteomics: From Protein Modifications To Cellular Dysfunction And Diseases.</i> I. Dalle-Donne, A. Scaloni und A. Butterfield (Editors), Wiley Interscience Series on Mass Spectrometry, 2006, ISBN 0-471-72345-2, S. 5.</span>

</li>

<li id="cite_note-3"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-3">↑</a></span> <span class="reference-text">E. R. Stadtman und R. L. Levine: <i>Chemical modification of proteins by reactive oxygen species.</i> In: <i>Redox Proteomics: From Protein Modifications To Cellular Dysfunction And Diseases.</i> I. Dalle-Donne, A. Scaloni und A. Butterfield (Editors), Wiley Interscience Series on Mass Spectrometry, 2006, ISBN 0-471-72345-2, S. 6.</span>

</li>

<li id="cite_note-PMID9252331-4"><span class="mw-cite-backlink">↑ <sup><a href="#cite_ref-PMID9252331_4-0">a</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-PMID9252331_4-1">b</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-PMID9252331_4-2">c</a></sup></span> <span class="reference-text">B. S. Berlett und E. R. Stadtman: <a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.jbc.org/content/272/33/20313.long"><i>Protein oxidation in aging, disease, and oxidative stress.</i></a> In: <i><a href="J_Biol_Chem" class="mw-redirect" title="J Biol Chem">J Biol Chem</a></i> 272, 1997, S. 20313–20316. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9252331?dopt=Abstract">PMID 9252331</a> (Review).</span>

</li>

<li id="cite_note-PMID9164834-5"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-PMID9164834_5-0">↑</a></span> <span class="reference-text">R. T. Dean u. a.: <a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.biochemj.org/bj/324/0001/bj3240001.htm"><i>Biochemistry and pathology of radical-mediated protein oxidation.</i></a> In: <i><a href="Biochem_J" class="mw-redirect" title="Biochem J">Biochem J</a></i> 324, 1997, S. 1–18. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9164834?dopt=Abstract">PMID 9164834</a> (Review).</span>

</li>

<li id="cite_note-6"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-6">↑</a></span> <span class="reference-text">E. R. Stadtman und R. L. Levine: <i>Chemical modification of proteins by reactive oxygen species.</i> In: <i>Redox Proteomics: From Protein Modifications To Cellular Dysfunction And Diseases.</i> I. Dalle-Donne, A. Scaloni und A. Butterfield (Editors), Wiley Interscience Series on Mass Spectrometry, 2006, ISBN 0-471-72345-2, S. 3–7.</span>

</li>

<li id="cite_note-7"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-7">↑</a></span> <span class="reference-text">C. Behl und B. Moosmann: <i>Molekulare Mechanismen des Alterns Über das Altern der Zellen und den Einfluss von oxidativem Stress auf den Alternsprozess.</i> In: <i>Was ist Alter(n)?</i> U. M. Staudinger und H. Häfner (Herausgeber), Verlag Springer, 2008, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1007/978-3-540-76711-4">10.1007/978-3-540-76711-4</a></span> ISBN 978-3-540-76710-7, S. 9–32.</span>

</li>

<li id="cite_note-PMID10937554-8"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-PMID10937554_8-0">↑</a></span> <span class="reference-text">F. Boscia u. a.: <a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.iovs.org/content/41/9/2461.full"><i>Protein Oxidation and Lens Opacity in Humans.</i></a> In: <i>Investigative Ophthalmology and Visual Science</i> 41, 2000, S. 2461–2465. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10937554?dopt=Abstract">PMID 10937554</a>.</span>

</li>

<li id="cite_note-9"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-9">↑</a></span> <span class="reference-text">P. Voss und T. Grune: <i>Degradation and accumulation of oxidized proteins in age-related diseases.</i> In: <i>Redox Proteomics: From Protein Modifications To Cellular Dysfunction And Diseases.</i> I. Dalle-Donne, A. Scaloni und A. Butterfield (Editors), Wiley Interscience Series on Mass Spectrometry, 2006, ISBN 0-471-72345-2, S. 527–562.</span>

</li>

<li id="cite_note-10"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-10">↑</a></span> <span class="reference-text">B. Catalgol und T. Grune: <i>Protein pool maintenance during oxidative stress.</i> In: <i><a href="Curr_Pharm_Des" class="mw-redirect" title="Curr Pharm Des">Curr Pharm Des</a></i> 15, 2009, S. 3043–2051. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19754378?dopt=Abstract">PMID 19754378</a> (Review).</span>

</li>

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