Thisbe K. Lindhorst, CAU Kiel

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Biologische ChemieBiologische 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 ZelleDie glycosylierte Zelle

Die glycosylierte ZelleDie glycosylierte Zelle

Die glycosylierte ZelleDie glycosylierte Zelle

OHO

HOHO

O

O

OHO

HOO

OH

O

OHO

OH

NHAc

O

NHAc

OH

HOOO

HO OHO

OH

HOHO

OHO

OH

HOHO

OHO

N NH

O O

H Asn (N)

GlcNAc

ManMan

GlcNAcMan

> 100 nm> 100 nm

DimensionenDimensionen

Poliovirus: klein, 25 Nanometer

Influenzavirus: viel größer, 115 Nanometer

Rote Blutzellen: 7500 Nanometers

Walter GilbertRekombinante DNA: Nobelpreis 19801980

Zum Nachdenken: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."

TranskriptionTranskription

TranslationTranslation

post-translationalepost-translationaleModifikationenModifikationen

DNADNA

FunktionFunktion

m-RNAm-RNA

ProteinProteinGlycosylierungGlycosylierung

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

OH3C

HOOH

OH

O

AcHN

HO

OH

O

HO OH

O

O

O

HO

oligo-saccharide

A

OH3C

HOOH

OH

O

HO

HO

OH

O

HO OH

O

O

O

HO

oligo-saccharide

B

oligo-saccharide

OH3C

HOOH

OH

HO

HO OH

O

O

O

H

Lektine sind Proteine, die auf die Erkennungvon Zuckern spezialisiert sind

Liganden Epitope

Receptoren Kohlenhydrat-erkennende Domänen (CRDs)

Säugetier-Lektine

C-Typ-Lektine P-Typ-LektineS-Typ-Lektine(Galacetine)

EndocytotischeLektine

Collektine

Selektine

E-SelektinL-Selektin P-Selektin

New erythrocyte

Aging erythrocyte

Old erythrocyte

No binding toasialoglycoprotein

receptor

Hepaticasialoglycoprotein

receptor

No binding toasialoglycoprotein

receptor

BindingBinding toasialoglycoprotein

receptor

=O

HO

OH

HO OH

liver cells

O

HO

OH

HOOH

O

-OOC

OOH

HO OH

HN

O

H3C

=

Multivalency

is of

functional importancefor carbohydrate-proteininteractions

Neu5Ac-GalNeu5Ac-Gal

GalGal

Microbial adhesion: e.g., influenza virusadhesion of E. coli

Anti-adhesiontherapy:

Inhibition ofmicrobial adhesionusing glyco-ligands

carbohydrate drugs

Mannose-spezifische Ahäsion von E. coli

Typ- 1-Fimbrien

Adhäsive Organellen von Escherichia coliWichtig für Virulenz pathogner E. coli-StämmeHaupteinheit: FimA-ProteinAdhäsin: FimH-Protein

FimH-Protein

Lektin: vermittelt Adhäsion an WirtszellenMannose-spezifisch, terminale -MannosideAn der Spitze der Fimbrien (Pili)

Mannose-spezifische Ahäsion von E. coli

Struktur des FimH-Adhäsins

O

OH

HOHO

OH

HNNH

OOH

OHOH

OH

HN

NH

S

S

~ 100 mal besserals MeMan

   Science 1999

!

Oligovalent glycomimetics

glycoclustersselectively functionalized

glycoclustersselectively functionalizedglycodendrimers

glycodendrons

glycodendrimers

(macro)cyclicglycoclusters

glyco-cyclodextrins

glyco-calixarenesneoglycopolymers

glycotelomersglycopeptoids

glyco-micellesglyco-liposomes

self-assembledglyco-monolayers

dendrigraft glycopolymersdendronized polymers