BiomolekülemmmmmGlycosaminoglycane und Glycoproteine
Hyaluronsäure
Die Glycosaminoglycane, eine Gruppe saurer Heteropolysaccharide, sind als Bestandteil der Proteioglycane wichtige Strukturkomponenten der extrazellulären Matrix.
Glycosaminoglycane enthalten als charakteristische Bausteine Aminozucker sowie Glucuronsäure oder Iduronsäure. Außerdem sind die meisten Polysaccharide dieser Gruppe in unterschiedlichem Maße mit Schwefelsäure verestert, was ihren sauren Charakter noch verstärkt. Man findet Glycosaminoglycane in freier Form oder als Komponente von Proteoglycanen überall im Organismus.
Die Hyaluronsäure, ein ralativ einfach gebautes, unverestertes Glycosaminoglycan, besteht aus Disacchaid-Einheiten, in denen N-Acetylglucosamin und Glucuronsäure abwechselnd ß1->4 und ß1->3-verknüpft sind. Aufgrund der ß1->3-Verknüpfung sind Hyaluronsäure-Moleküle, die einige tausend Monosaccharid-Reste enthalten können, helixartig gewunden. Jeweils drei Disaccharid-Einheiten bilden eine Windung der Helix. Die nach außen gerichteten hydrophilen Carboxylat-Gruppen der Glucuronsäure-Reste sind in der Lage, Ca2+-Ionen zu binden. Die starke Hydratisierung dieser Gruppen befähigt Hyaluronsäure und andere Glycosaminoglycane, Wasser bis zum 10000-fachen ihres Eigenvolumens gelartig zu fixieren. Diese Funktion hat Hyaluronsäure zum Beispiel im Glaskörper des Auges, der etwa 1% Hyaluronsäure und 98% Wasser enthält.
Viele Proteine an der Oberfläche der Plasmamebran und die Mehrzahl der sezernierten Proteine tragen Oligosaccharid-Reste, die im endoplasmatischen Retikulum und im Golgi-Apparat posttranslational angefügt werden. Cytoplasmatische Proteine sind dagegen selten glycosyliert. Glycoproteine können mehr als 50% Kohlenhydrat enthalten, im allgemeinen überwiegt aber der Proteinanteil bei weitem.
Als Beispiel für die Kohlenhydrat-Komponente eines Glycoproteines ist die Struktur einer der Oligosaccahrid-Ketten des Immunglobulis IgG zu betrachten. Das Oligosaccahrid ist N-glycosidisch mit der Amid-Gruppe eines Asparagin-Restes im Fc-Teil des Proteins verknüpft. Seine Funktion ist unbekannt.
Das Oligosaccharid im IgG enthält, wie alle N-verknüpften Kohlenhydrate, eine T-förmige Kern-Struktur aus zwei N-Acetylglucosamin- und drei Mannose-Resten. Hinzu kommen im vorliegenden Fall zwei weitere N-Acetylglusoamin-Reste, sowie ein Fucose-und ein Galactose-Rest. Die verzweigungsarten sind in Glycoproteinen sehr vielfältig. Wir finden hier neben der ß1->-Verknüpfung auch ß1->2 sowie alpha 1->3- und alpha 1->6-Brücken.
In bestimmten Glycoproteinen findet man anstelle N-glycosidischer Bindungen zu Asparagin-Resten O-glycosidische Bindungen zwischen dem Kohlenhydrat-Anteil und einem Serin- oder Threonin-Rest des Proteins. Diese Verknüpfung ist weniger häufig als die N-glycosidische.
Bei N-glycosidisch verknüpftem Oligisaccharid-Strukturen unterscheidet man zwei Typen, die durch unterschiedliche Biosynthesewege entstehen: Bei der Glycosylierung im ER wird das Protein zunächst mit einem Oligosaccharid verknüpft, das zusätzlich zu der Kern-Struktur sechs weitere Mannose und terminal drei Glucose-Reste enthält. Die einfachere Form von Oligosaccharid (mannosereicher Typ) entsteht, wenn vom Primärprodukt lediglich die Glucose-Reste abgespalten, jedoch keine neuen Reste angefügt werden. In anderen Fälen werden auch die außerhalb der Kern-Strktur befindlichen Mannose-Reste entfernt und durch andere Zucker ersetzt. Auf diese Weise erhält man Oligosaccharide vom komplexen Typ. Häufig enthalten Glycoproteine vom komplexen Typ am äußersten Ende der Struktur N-Acetylneuraminsäure-Reste, die den Oligosaccharid-Komponenten negative Ladungen verleihen.