Zucker und Polysaccharide (Voet Kapitel 10)

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1 Zucker und Polysaccharide (Voet Kapitel 10) 1. Monosaccharide 2. Polysaccharide 3. Glycoproteine

2 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 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)

3 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 Proteo- Glycanen 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.

4 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.

5 Die Bakterienzellwand ist netzartig aus Peptidglycanen aufgebaut 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) 2HN-Gly-Gly-Gly-Gly-Gly-COOH D-AS -> stabil gegen Proteasen Netzstruktur der Peptidglycane im gram-positiven Bakterium S. aureus = Murein

6 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

7 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

8 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.

9 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

10 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

11 Frostschutz-Glycoproteine schützen Fische der Antarktis vor Gefrieren Bestehen aus sich bis zu 50- fach 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

12 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.

13 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.