Analytik der Proteinfaltung

Seit der Entschlüsselung des menschlichen Genoms wird immer deutlicher, dass die Proteinfaltung in den menschlichen Körperzellen über Krankheit, Alter und Tod entscheidet. Diesem Aspekt liegt das universelle Gesetz der Natur zugrunde, das lautet: die von der genetisch programmierten Aminosäuresequenz bestimmte Struktur eines Proteins entscheidet über seine biologische Funktion. Damit aber ein Protein seine funktionelle Struktur erhält, ist zunächst die korrekte Faltung seiner Aminosäurekette erforderlich. Diese  machen die Proteinfaltung in der heutigen Zeit zu einem extrem bedeutenden Forschungsgebiet. Sie ist eine zentrale Schnittstelle in der Entwicklung und Produktion von Biopharmaka, mit welchen jährlich ein Umsatz von über 105 Mrd. US-Dollar und einem hohen jährlichen Wachstumspotenzial erzielt wird.

Wichtigkeit der Proteinfaltung

Die Proteinfaltung ist der Prozess durch den eine lineare Aminosäurekette in die dreidimensionale und damit funktionsfähige Struktur eines Proteins gelangt. Eine fehlerhafte Proteinfaltung führt zu einem partiellen oder vollständigen Verlust der biologischen Funktion und ist folglich für schwere Erkrankungen wie z. B. die Alzheimerkrankheit oder Diabetes Typ 2 verantwortlich. Solche Missfaltungen sind aber nicht nur Ursache von Krankheiten, sondern führen heute zu signifikanten Ausfällen in der Herstellung von wichtigen Biopharmaka.

Faltung der Proteine

Proteine sind aus Aminosäuren aufgebaute Makromoleküle. Sie sind zentrale Bausteine jeder Zelle. Im menschlichen Organismus finden sich mehr als 100000 unterschiedliche Proteine. Sie bestimmten Struktur und Funktion jeder Zelle.

Proteine

Proteinfaltung

Proteinfaltung und Biopharmazeutika
Verständnisse über die Proteinfaltung
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Highlight der Plattformtechnologie MolFolding

Das Verständnis über die Proteinfaltung wird inzwischen vervollständigt und die generellen Mechanismen der Proteinfaltung sind weltweit als aufgeklärt anerkannt. Die einigen aktuellen fundamentalen Einsichten über die Proteinfaltung sind:

 

  • die 3D-Struktur eines Proteins ist durch dessen Primärstruktur determiniert (Anfinsen,1961), 

 

  • das Protein in Random Coil verfügt bereits über bestimmte Populationen initialer Strukturelemente (21), die über den nachfolgenden Verlauf der Faltung entscheiden,

 

  • die Faltung der Proteine läuft prinzipiell parallel auf den Multiwegen (10, 22-24),

 

  • die Intermediate sind allgegenwärtig bei der Faltung (25),

 

  • der Molten Globule Zustand als signifikantestes Intermediat geschieht offenbar unvermeidlich auf den Wegen der Faltung (26-28),

 

  • die partielle und gänzliche Faltung läuft je nach  Protein mit einer breiten Zeitskala von Nanosekunden bis zu Minuten (29).

Der Faltungsprozess ist durch Veränderung der molekularen Umgebung der Proteine sowohl positiv als auch negativ zu beeinflussen. Ein Wirkstoff, der die korrekte Faltung der lebenswichtigen Proteine unterstützt, oder die Faltung der Krankheit oder Krebswachstum hervorrufenden Proteine gezielt blockiert, zeichnet sich als potenzielles Arzneimittel aus. 

Probleme in der Proteinfaltung
Aufforderung der Proteinfaltung

Der Faltungsprozess ist durch Veränderung der molekularen Umgebung der Proteine sowohl positiv als auch negativ zu beeinflussen. Ein Wirkstoff, der die korrekte Faltung der lebenswichtigen Proteine unterstützt, oder die Faltung der Krankheit oder Krebswachstum hervorrufenden Proteine gezielt blockiert, zeichnet sich als potenzielles Arzneimittel aus.