Zucker und Polysaccharide

U. Albrecht BC1
Zucker und Polysaccharide
(Voet Kapitel 10)
1. Monosaccharide
2. Polysaccharide
3. Glycoproteine
U. Albrecht BC1
3. Glycoproteine
Die meisten Proteine liegen als Glycoproteine vor. Die Kohlenhydratketten werden enzymatisch
erzeugt ohne Beteiligung von nucleinsäure-Matrizen -> Glycoproteine haben heterogene Kohlenhydratzusammensetzung.
A. Proteoglycane
Proteoglycane = Mucoproteine aus Proteinen und Glycosaminoglycanen nicht kovalent zusammengesetzt.
Struktur: Flaschenbürsten ähnlich Proteoglycan Untereineheitne alle 20-30 nm nichtkovalent an
Hyaluronsäure-Rückgrat nichtkovalent befestigt.
Mehrere Kernproteine -> Masse von bis zu 200 bis 300 kD pro Kernprotein ->
Masse von Proteoglycan bis 10^6 D
Kernprotein in 3 Regionen eingeteil (siehe nächste Abbildung)
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Proteoglycane modulieren Funktion von
Wachstumsfaktoren.
Viele Wachstumsfaktoren binden an
Heparin oder Heprarnsulfat-Kette eines
Proteoglycans. Wachstumsfaktor wird von
Rezeptor nur in dieser Form erkannt. ->
Regionale Wirkung des Faktors.
Bindung an Heparin oder Heparansulfat
schützt den Faktor vor Proteolyse.
Proteolyse der Kernproteine von ProteoGlycanen setzt Wachstumsfaktor (mit
gebundenem Heprarnsulfat) frei ->
Binden an Rezeptor
Knorpel: Kollagen -> Zugfestigkeit
Proteoglycane -> Elastizität
wegen Hydrathülle.
Ernährung des gefässlosen Gelenkknorpels
durch Verschiebung der Flüssigkeit bei
Bewegung -> Bewegungsarmut -> Gelenkknorpel wird dünn und brüchig.
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B. Bakterienzellwand
Bakterien von starrer Membran umgeben. Ihre Membranen sind ‚virulent‘ fürs Immunsystem von Säugern
Die bakterielle Zellwand enthält also charakteristische Antigene.
2 Sorten von Bakterien: Gram-Positive und Gram-negative (Farbstoff Kristallviolett und Jod Behandlung)
25nm
3nm
Die Zellwand beider Arten ist aus kovalent miteinander verknüpften Polysaccharid- und Proteinketten umhüllt.
Die Bakterienzellwand ist netzartig aus Peptidglycanen aufgebaut
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Lysozym (in Körperflüssigkeiten)spaltet ß(1->4)
glykosidische Bindung->
Zertörung der Zellwand
bei gram-positiven
Bakterien
(entdeckt durch Fleming
Nasenschleim tropfte auf
Baktereinkulturplatte->
Lyse beobachtet)
HN-Gly-Gly-Gly-Gly-Gly-COOH
2
D-AS ->
stabil gegen
Proteasen
Netzstruktur der Peptidglycane im
gram-positiven Bakterium S. aureus
= Murein
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Penicillin hemmt Biosynthese der Zellwand -> tötet Bakterien ab
Baktereinkultur kontaminiert mit Schimmelpilz -> Lyse der Bakterien die nahe an Schimmelpilz
Verursacht durch Penicillin -> labiles Molekül -> 10 Jahre bis zur Isolation.
Penicillin inaktiviert Enzyme die Peptidglycanmoleküle vernetzten. Das Gleichgewicht zwischen Zellwand Auf- und Abbau wird gestört -> Lyse des Bakteriums
Penicillin bindet nicht an menschliche Enzyme -> therapeutisch einsetzbar.
Penicillinresistente Bakterein sezernieren Penicillinasen -> inaktivierung von Penicillin
Kann beeinflusst werden durch Veränderung der Penicillinseitenkette
Natürlich vorkommend
Benzylrest -> PenicillinG ; Aminobenzylrest -> Ampicillin
Spaltung der
Amidbindung
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Bakterienzellwand ist gespickt mit Antigen-Strukturen
Gram-positive Bakterien:
Teichonsäuren
Glycerin- Rückgrat
Phosphdiester-Bindungen
Verankerung an Peptidglycane (auch in Peripherie von Lipopolysaccharidmolekülen)
Diese Oberflächenmolekule werden von einem Organismus in den
ein Bakterium ist als Fremd erkannt -> Antikörper werden gebildet
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Gram-negative Bakterien -> an Oberfläche ein komplexer Verbund von Lipopolysacchariden, Proteinen
und Phospholipiden -> Barriere gegen Schadstoffe, weniger sensibel gegen
Lysozym, Penicillin und andere Antibiotika.
Ungewöhnliche Polysaccharide an der Oberfläche von gram-negativen Bakterien =
O-Antigene
Werden von Wirt als fremd erkannt.->
genet. Veränderung der Syntheseenzyme der
O-Antigene hilft Bakterium einige Zeit dem
Immunsystem des Wirtes zu entkommen.
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C. Struktur und Funktion von Glycoproteinen
N-Acetylgalactosamin wird ß-glycosidisch am Amid-N
von Asparagin gebunden.
ausser Pro und Asp
N-glykosidisch verknüpfte Oligosaccharide besitzen
Meist diesen verzweigten (Mannose)3-(NAG)2-Kern
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Verschiedene N-Glykosidisch verknüpfte
Oligosaccharide
Oligosaccharide binden bevorzug in ß-Faltblatt
Regionen
Röntgenstrukturanalysen -> Zuckeranteile in gestreckter Form und mehr Wechselwirkung nach
aussen (zum Lösungmittel) als zum Trägerprotein.
-> entfernen von Oligosaccharidanteilen beeinträchtigt Konformation der Protein nur wenig.
Kohlenhydratketten der Glycoproteine sind variabel
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Frostschutz-Glycoproteine schützen Fische der Antarktis vor Gefrieren
Bestehen aus sich bis zu 50fach wiederholenden tripeptiden
Ala-Ala-Thr
-> Proteinmolekül wird flexibler
Stab, Mechanismus der Antifreeze eigenschaften nicht geklärt.
Schleim enthält Mucine
Glycoproteine im Schleim der
Schleimhäute wirken benetzend
Solche Mucine sind oft mit
Sulfat verestert -> höherer
Hydratisierungsgrad und thixotropes Verhalten
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Glycoproteine in N-glycosidischer Bindung liegen in zahlreichen Glycoformen vor
diese Mannose ist variabel in RNAse B
Glycosylierung beeinflusst Konformation und biochemische Eigenschaften eines Proteins nur
wenig. Dient aber als Erkennungsmarker innerhalb unterschiedlicher biochemischer Prozesse.
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Oligosaccharid-Marker sind Mittler bei Zell-Zell Wechselwirkung
Kohlenhydratanteil membrangebundener Glycoproteine auf äusseren Oberfläche der Zelle
normale Mauszelle
Krebszelle
Glycoproteine mit Lectin-Ferritin visualisiert im EM
Möglicherweise Funktion bei Kontaktinhibierung gesunder wachsender Zellen -> Krebszellen keine
Kontaktinhibierung.
Markierung eines Protens mit Zuckern kann über Kompartmentierung und Halbwertszeit des Proteins
entscheiden.