25. Kalenderwoche
Glykosylierung-Glykokonjugate
Nachdem wir gesehen haben, daß Zucker das 3. Alphabet des Lebens darstellen, schauen wir uns nun eine weitverbreitete Art der molekularen Präsentation an, wie diese Moleküle dann als „Signale“ Bioaktivität erlangen. Zucker werden durch biochemische Konjugation an Proteine und an Lipide (Cerebrosid; s. Kursteil „Lipide“) geheftet. Enzymatisch übertragen Glykosyltransferasen Monosaccharide auf den Akzeptor (s. u.). Um die allgemeine Bedeutung aufgrund der Häufigkeit von solchen Verknüpfungen zu unterstreichen, sei erwähnt, daß es in der Natur für eine Glykopeptidbindung die Möglichkeit der Verknüpfung von 13 verschiedenen Monosacchariden mit acht Arten von Aminosäuren gibt, wobei das Vorkommen von mindestens 41 Aminosäure-Zucker Produkten dokumentiert ist. Diese Zahl unterstreicht das enorme Potenzial für biomedizinisch relevante Vielfalt.
Welche Aminosäuren kommen für Sie als Akzeptoren in Frage? Bitte daran denken, daß aktivierte Zucker als Substrat, also z.B. UDP-Gal, fungieren (s. Glykogensynthese). Nukleophile Substitution mit Verdrängung guter Abgangsgruppen können Amino- und Hydroxylgruppen durchführen, also kommen u.a. Asn und Ser/Thr in Frage. Nach Anheftung des Zuckers an N- bzw. O-Glykanen. Das Monosaccharid kann nun als Akzeptor für Kettenverlängerung fungieren. Nun bitte S. 43-48 der Datei durcharbeiten.
Dieser Text erklärt, warum N-Glykosylierung so häufig ist und wie Strukturvielfalt entsteht. Wenn beim SARS-CoV-2 Virus vom Vorkommen von „high-mannose-type and core fucosylated complex-type N-glycans“ gesprochen wird, dann wissen Sie jetzt, was gemeint ist.
Die biosynthetische Maschinerie für Glykanproduktion, für diese N- und O-Glykane im Golgi-Apparat angesiedelt (von Camillo Golgi 1898 als „apparato reticolare interno“ bezeichnet), ermöglicht die Herstellung einer großen Zahl von Zuckerketten, die biochemischen Signale. Bindung an Proteine und an Sphingolipide (auch Glycerophosphatide) ermöglicht Präsentation auf Zelloberflächen. Wie werden diese Signale molekular gelesen?
Nun, jedes Monosaccharid weist Hydroxylgruppen (in spezifischer räumlicher Konstellation = Epimer) auf, dazu C-H Gruppen für C-H/∏-Erkennung (vergleiche Kation/π-Erkennung von 7-Methyl-G nach mRNA Capping zur Erkennung eines eukaryotischen Initiationsfaktors: welche Aminosäure(n) ist/sind als Donoren geeignet?).
Die (räumlich gerichteten) H-Brückenbindungen sind zentrale Kontakte in der Protein-Glykan Erkennung: welche Aminosäuren können hieran beteiligt sein?
Als erste Einstimmung in unseren folgenden Ausflug in die sich uns erschließende Welt der Lektine dienen heute S. 57-59 (mit Tabelle 3).
Wir alle haben von dieser molekularen Interaktion in früher Kindheit profitiert, bevor unser Immunsystem Antikörper produziert hat (und tun es weiter): Glykane auf der Oberfläche von Infektionsauslösern wie Bakterien und Hefen werden von Wächterproteinen (Serumlektine) der angebrorenen Immunität als fremd erkannt, was zu effektivem Schutz führt.
Was sind nun „Lektine“? Woher kommt dieser Name? Dazu mehr nächstes Mal.
Link: Protein Glykosylierung (PDF-Datei, 11 MB)
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Der Code für Biochemie Fragen im SS 2021 lautet: # 955466