Thisbe K. Lindhorst, CAU Kiel Vorlesungsnetz Biologische 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 Zelle

Glycocalix Die glycosylierte Zelle Zucker Kohlenhydrate Saccharide Glycoside

Die glycosylierte Zelle

Glycocalix > 100 nm

Dimensionen Poliovirus: klein, 25 Nanometer Influenzavirus: viel größer, 115 Nanometer Rote Blutzellen: 7500 Nanometers

Rekombinante DNA: Nobelpreis 1980 Walter Gilbert Rekombinante DNA: Nobelpreis 1980 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."

post-translationale Modifikationen DNA Transkription m-RNA Translation Protein Funktion Glycosylierung post-translationale Modifikationen

Kohlenhydrat- Wechselwirkungen Protein- 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

Lektine. sind Proteine, die auf die Erkennung Lektine sind Proteine, die auf die Erkennung von Zuckern spezialisiert sind Liganden  Epitope Receptoren  Kohlenhydrat-erkennende Domänen (CRDs)

Säugetier-Lektine S-Typ-Lektine (Galacetine) C-Typ-Lektine P-Typ-Lektine Endocytotische Lektine Collektine Selektine L-Selektin E-Selektin P-Selektin

Multivalency is of functional importance for carbohydrate-protein interactions Neu5Ac-Gal New erythrocyte O H - C N 3 = No binding to asialoglycoprotein receptor Gal = O H Aging erythrocyte Binding to No binding to Old erythrocyte asialoglycoprotein asialoglycoprotein receptor receptor Hepatic liver cells asialoglycoprotein receptor

Bakterielle Adhäsion an die Glycocalix

Inhibition of microbial adhesion using glyco-ligands Microbial adhesion: e.g., influenza virus adhesion of E. coli Anti-adhesion therapy: Inhibition of microbial adhesion using glyco-ligands  carbohydrate drugs

Mannose-spezifische Ahäsion von E. coli Typ- 1-Fimbrien Adhäsive Organellen von Escherichia coli Wichtig für Virulenz pathogner E. coli-Stämme Haupteinheit: FimA-Protein Adhäsin: FimH-Protein FimH-Protein Lektin: vermittelt Adhäsion an Wirtszellen Mannose-spezifisch, terminale a-Mannoside An der Spitze der Fimbrien (Pili)

! Mannose-spezifische Ahäsion von E. coli Struktur des FimH-Adhäsins    Science 1999 ! ~ 100 mal besser als MeMan

Oligovalent glycomimetics glycoclusters selectively functionalized selectively functionalized glycodendrimers glyco-micelles glycoclusters glycodendrimers glyco-liposomes glycodendrons self-assembled (macro)cyclic glyco-cyclodextrins glyco-monolayers glycoclusters neoglycopolymers glyco-calixarenes glycotelomers glycopeptoids dendrigraft glycopolymers dendronized polymers