Glycobiologie

Thisbe K. Lindhorst, CAU Kiel
Vorlesungsnetz
Biologische Chemie
Chemische Biologie II
Glycobiologie
Glycobiologie beschäftigt sich mit den
biologischen Funktionen von Zuckern jenseits
ihrer Energiespeicheraufgaben und ihrer
Funktion als molekulare Materialien (z.B.
Cellulose, Chitin). Im Mittelpunkt des
Interesses steht häufig die Funktion der
sogenannten Glycocalix, einer
nanodimensionierten Zuckerschicht, die alle
eukaryontischen Zellen bedeckt.
Die glycosylierte Zelle
Die glycosylierte Zelle
Die glycosylierte Zelle
OH
HO
O
HO
HO
OH
OH
HO
HO
HO
HO
O
O
HO
O
Man
O
HO
HO
O
O
GlcNAc
OH
OH
O
O
O
Man
GlcNAc
HO
HO
HO
O
HO
Man
O
O
HO
NHAc
H
N
Asn (N)
NH
NHAc
O
O
> 100 nm
Dimensionen
Poliovirus: klein, 25 Nanometer
Influenzavirus: viel größer, 115 Nanometer
Rote Blutzellen: 7500 Nanometers
Walter Gilbert
Rekombinante DNA: Nobelpreis 1980
Zum Nachdenken:
Walter Gilbert, 1989:
"Wir haben jetzt den Schlüssel für das Goldene Zeitalter.
Die Gentechnik wird uns einen Reichtum bescheren,
der das Ende der sozialen und wirtschaftlichen Evolution
bedeutet. Die Menschheitsgeschichte ist damit am
Endpunkt angelangt."
DNA
Transkription
m-RNA
Translation
Protein
Glycosylierung
post-translationale
Modifikationen
Funktio
Life is based on the universal principle of the SPECIFIC
INTERACTION OF MOLECULES WITH EACH OTHER. Interacting
molecules interact as pairs, one of which is called the LIGAND and
the other the RECEPTOR. The cartoon above illustrates a number of
basic ligand/receptor interactions.
Blutgruppenantigene
HO
OH
O
HO
HO
oligosaccharide
OH
O
AcHN
O
O
O
A
H3C
O
OH
HO
OH
HO
OH
O
HO
HO
oligosaccharide
OH
O
HO
O
O
B
O
H3C
O
OH
HO
OH
HO
oligosaccharide
OH
O
HO
O
H
O
H3C
O
OH
HO
OH
Lektine sind Proteine, die auf die Erkennung
von Zuckern spezialisiert sind
Liganden
 Epitope
Receptoren
 Kohlenhydrat-erkennende Domänen (CRDs)
Säugetier-Lektine
S-Typ-Lektine
(Galacetine)
C-Typ-Lektine
Endocytotische
Lektine
P-Typ-Lektine
Collektine
Selektine
L-Selektin E-Selektin P-Selektin
Neu5Ac-Gal
OH
O
OOC
O
OH
O
New erythrocyte
HO
HN
HO
H3C
OH
O
Gal
HO
HO
-
=
No binding to
asialoglycoprotein
receptor
Multivalency
OH
is of
functional importance
for carbohydrate-protein
interactions
OH
O
HO
=
OH
No binding to
asialoglycoprotein
receptor
Aging erythrocyte
Binding to
asialoglycoprotein
receptor
Old erythrocyte
liver cells
Hepatic
asialoglycoprotein
receptor
Microbial adhesion:
e.g.,
influenza virus
adhesion of E. coli
Anti-adhesion
therapy:
Inhibition of
microbial adhesion
using glyco-ligands

carbohydrate drugs
Mannose-spezifische Ahäsion von E. coli
Typ- 1-Fimbrien
Adhäsive Organellen von Escherichia coli
Wichtig für Virulenz pathogner E. coli-Stämme
Haupteinheit: FimA-Protein
Adhäsin: FimH-Protein
FimH-Protein
Lektin: vermittelt Adhäsion an Wirtszellen
Mannose-spezifisch, terminale a-Mannoside
An der Spitze der Fimbrien (Pili)
Mannose-spezifische Ahäsion von E. coli
HO
HO
OH
OH
O
S
H
N
HN
Struktur des FimH-Adhäsins
!
Science 1999
N
H
S
NH
OH
OH
O
OH OH
~ 100 mal besser
als MeMan
Oligovalent glycomimetics
glycoclusters
selectively
functionalized
glycoclusters
(macro)cyclic
glycoclusters
glycodendrimers
glyco-cyclodextrins
glyco-calixarenes
selectively functionalized
glycodendrimers
glycodendrons
neoglycopolymers
glycotelomers
glycopeptoids
glyco-micelles
glyco-liposomes
self-assembled
glyco-monolayers
dendrigraft glycopolymers
dendronized polymers