Lectine Interaktion mit Biomembranen

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1 Lectine Interaktion mit Biomembranen Lectine sind! an spezifische Kohlenhydrate bindende Glykoproteine! ubiquitär vorkommend, v.a. im Samen in größeren Mengen binden im Darm an Oberflächenglykoproteine, können zu Funktionsstörungen im Verdauungstrakt führen Lectinklassen:! Galectine = Lectine in Tieren mit Galactose-Spezifität! C-Typ-Lectine = Calcium-abhängige Lectine in Tieren: Selectine (bei Entzündungsprozessen wichtig, spez. für Sialinsäure), Collectine (spez. für Mannose, wichtig für angeborenes Immunsystem)! Fabaceae-Lectine = große Gruppe, mit unterschiedlichen Spezifitäten, toxisch! Ricin = extrem toxisches Lectin aus Ricinus communis, inaktiviert 60S ribosomale Untereinheit, analog Shiga-/Vero-Toxin aus Shigella dysenteriae bzw. Escherichia coli (EHEC)! Mistel-Lectine = sind immunstimulierend, sollen bei Krebstherapien adjuvant wirksam sein

2 Biomembranen Chemie und Aufbau Übersicht: Lipide Speicherfette (neutral) Membranlipide (polar) Cholesterol Triacylglycerine Phospholipide Glycolipide Glycerophospholipide Sphingolipide Sphingolipide Fettsäure Fettsäure Glycerin Fettsäure Fettsäure Glycerin Fettsäure PO4 Alkohol Sphingosin Fettsäure PO4 Cholin Sphingosin Fettsäure Mono- oder Oligosaccharid

3 Biomembranen Chemie und Aufbau der Glycolipide (pflanzliche Zelle) Bei Pflanzenzellen: Glycerin immer Grundbaustein nur in Plastidenmembran Zuckerbestandteil: Galactose(n) ( > Galactolipide) oder Sulfochinovose ( > Sulfolipide) aus Bresinsky et al.: Strasburger Lehrbuch der Botanik

4 Biomembranen Chemie und Aufbau der Glycolipide (pflanzliche Zelle) aus Weiler/Nover: Allgemeine und molekulare Botanik

5 Biomembranen Chemie und Aufbau der Membranlipide: Steroide amphiphile Bausteine hydrophiler Kopf lipophiler Schwanz Cholesterol: Haupt-Steroid bei tierischen Membranen, kann bis zu 50 % des Membranlipidanteils ausmachen

6 hydrophiler Kopf Biomembranen Chemie und Aufbau der Membranlipide: Steroide amphiphile Bausteine lipophiler Schwanz Cholesterol: nur in Spuren bei Pflanzenzellen, v.a. Stigmasterol und Sitosterin als Glykoside vorhanden

7 hydrophiler Kopf Biomembranen Chemie und Aufbau der Membranlipide: Steroide amphiphile Bausteine lipophiler Schwanz Cholesterin wichtig für: Membranfluidität Membrandurchlässigkeit (mehr Cholesterin => weniger durchlässig) Transport von Fettsäuren im Blut Biosynthese von Gallensäuren, Steroidhormonen, Vitamin D und D- Hormon

8 hydrophiler Kopf Biomembranen Chemie und Aufbau der Membranlipide: Steroide amphiphile Bausteine lipophiler Schwanz Phytosterole pharmazeutische Verwendung! hemmen Rück-/Resorption von Cholesterin im Darm! als Phyto-SERMs im Gespräch = Selektive Östrogen-Rezeptor Modulatoren! als Wirkstoffe zur Behandlung der benignen Prostata-Hyperplasie (Brennnessel)! Ausgangsstoffe für partialsynthetische Herstellung von Steroidhormonen

9 Biomembranen Verteilung der Membranlipide

10 Biomembranen Verteilung der Membranlipide Lipid Massenanteil [%] Myelin Cholesterin Leberplasmamembran Erythrozytenplasmamembran Mitochondrienmembran Phosphatidylethanolamin Phosphatidylserin Phosphatidylcholin ER E. coli Sphingomyelin Glycolipide Andere

11 Biomembranen Verteilung der Membranlipide Lipid Massenanteil [%] Myelin ER E. coli asymmetrische Verteilung der Membranlipide: Cholesterin Leberplasmamembran Erythrozytenplasmamembran Mitochondrienmembran extrazelluläre Hälfte fast nur Phosphatidylcholin und Sphingomyelin Phosphatidylethanolamin innere Hälfte fast nur Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylserin Phosphatidylserin flip-flop = transverse Diffusion sehr selten nur in extrazellulärer Hälfte sind Glycolipide Phosphatidylcholin in glattem ER: Phospholipid-Translokatorproteine = Flippasen Sphingomyeli n Glycolipide Andere

12 Biomembranen Verteilung der Membranlipide Physiologisch, gesunde Zelle Ansatz für Tumortherapie: Antikörper markiert geschädigte Endothelzellen, die vom Immunsystem eliminiert werden Bavituximab in Phase II β2-glycoprotein 1 (Plasma) Unphysiologisch, kranke/ nekrotische Zelle

13 Biomembranen bei lysosomalen Speicherkrankheiten bei einigen seltenen aber schweren Erkrankungen können Membranlipide nicht abgebaut werden können nur durch Enzymsubstitution therapiert werden X = H: Ceramid

14 Biomembranen Fluidität Biomembranen sind flexibel => fluid mosaic model niedere Temperaturen: Lipide sind relativ unbeweglich > annähernd kristalline Struktur der Membran (=> Gefühllosigkeit von kalten Fingern) oberhalb der Übergangstemperatur können sich Membranlipide schnell bewegen Übergangstemperatur ist für jede Membran charakteristisch und abhängig von Lipidzusammensetzung: je länger die Fettsäureketten, desto höher die Übergangstemperatur je höher der Anteil an gesättigten Fettsäuren, desto höher die Übergangstemperatur unterhalb der Übergangstemperatur erhöhen Sterole die Fluidität oberhalb der Übergangstemperatur verringern Sterole die Fluidität je nach Umgebungstemperatur passen Organismen die Lipidzusammensetzung der Biomembranen an, um richtige Membranfluidität zu gewährleisten

15 Biomembranen Fluidität Fluidität flüssiger Zustand fester Zustand aus Berg, Tymoczko, Stryer: Biochemie Tm Temperatur

16 Biomembranen Fluidität

17 Biomembranen Fluidität Anzahl der C-Atome Anzahl der Doppelbindungen Trivialname Systemat. Name T m [ C] 22 0 Behenat n-dodecanat Stearat n-octadecanat Palmitat n-hexadecanat Myristat n-tetradecanat Oleat cis-δ 9 -Octadecenat 22 T m : Schmelztemperatur, Übergang von starrem zu flüssigem Zustand bei Phosphatidylcholinen mit Paaren identischer Fettsäuren aus Berg, Tymoczko, Stryer: Biochemie

18 Beispiele: Biomembranen Fluidität! im Winterweizen ist das Verhältnis von ungesättigten zu gesättigten Fettsäuren höher als im Sommerweizen! das Öl von Lein (Linum usitatissimum), der in kühleren Zonen gezogen wurde, ist wertvoller (mehr ungesättigte Fettsäuren) als das aus wärmeren Klimazonen! Pflanzen, die derartige Anpassungen machen können, sind Kälteresistent(er)! im Fuß des Rentiers ist das Verhältnis von ungesättigten zu gesättigten Fettsäuren in den Zellmembranen höher als in den Zellen seines Oberschenkels! Winterschlaf-haltende Tiere lagern mehr ungesättigte Fettsäuren in die Zellmembranen ein

19 Biomembranen Membranfluss Membranen können beliebig verschmelzen => wichtige Transportfunktion größerer Teilchen durch die Plasmamembran bei Exozytose und Endozytose => wichtige Transportfunktion innerhalb der Zelle, z.b. sekretorische Glykoproteinen

20 Biomembranen Membranfluss

21 Biomembranen Membranfluss Nicht mit den hochspezialisierten Membranen der Mitochondrien und Plastiden!

22 Biomembranen Wirkung von Seifen, Detergenzien und Saponine Seifen und Detergenzien = oberflächenaktive Stoffe: setzen die Oberflächenspannung zwischen wässriger und Lipidphase von Membranen, z.b. der Erythrozyten, herab. Membranlipide werden emulgiert und aus der Membran gelöst => Platzen der Biomembran, die Zelle stirbt ab (Hämolyse)