Lectine — Interaktion mit Biomembranendingerma/Podcast/CytologieWS11-4.pdf · Fabaceae-Lectine = große Gruppe, mit unterschiedlichen Speziﬁtäten, toxisch Ricin = extrem toxisches

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

Biomembranen — Chemie und AufbauÜbersicht: Lipide

Cholesterol

Gly

cerin

Fettsäure

Fettsäure

Fettsäure

Triacylglycerine

Speicherfette(neutral)

Gly

cerin

Fettsäure

Fettsäure

PO4 Alkohol

Sphi

ngos

in

Fettsäure

PO4 Cholin

Sphi

ngos

in

Fettsäure

Mono- oderOligosaccharid

GlycolipidePhospholipide

Glycerophospholipide Sphingolipide

Membranlipide(polar)

Sphingolipide

Bei Pflanzenzellen:• Glycerin immer Grundbaustein• nur in Plastidenmembran• Zuckerbestandteil: Galactose(n) (—> Galactolipide) oder Sulfochinovose (—> Sulfolipide)

Biomembranen — Chemie und Aufbau der Glycolipide

(pflanzliche Zelle)

aus Bresinsky et al.: Strasburger – Lehrbuch der Botanik

Biomembranen — Chemie und Aufbau der Glycolipide

(pflanzliche Zelle)

aus Weiler/Nover: Allgemeine und molekulare Botanik

Biomembranen — Chemie und Aufbau der Membranlipide: Steroide

hydrophiler „Kopf“

lipophiler „Schwanz“

amphiphile Bausteine

Cholesterol: Haupt-Steroid bei tierischen Membranen, kann bis zu 50 % des Membranlipidanteils ausmachen



lipophiler „Schwanz“amphiphile Bausteine

Cholesterol: nur in Spuren bei Pflanzenzellen, v.a. Stigmasterol und Sitosterin als Glykoside vorhanden




Cholesterin wichtig für:• Membranfluidität• Membrandurchlässigkeit (mehr Cholesterin => weniger durchlässig)• Transport von Fettsäuren im Blut• Biosynthese von Gallensäuren, Steroidhormonen, Vitamin D und D-

Hormon




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

Biomembranen — Verteilung der Membranlipide


Lipid Massenanteil [%]Massenanteil [%]Massenanteil [%]Massenanteil [%]Massenanteil [%]Massenanteil [%]LipidLeberplasma-

membranErythrozyten-plasmamem-

bran

Myelin Mitochondrien-membran

ER E. coli

Cholesterin 17 23 22 3 6 —Phosphatidyl-ethanolamin

7 18 15 35 17 70

Phosphatidyl-serin

4 7 9 2 5 —

Phosphatidyl-cholin

24 17 10 39 40 —

Sphingomyelin 19 18 8 — 5 —Glycolipide 7 3 28 — — —Andere 22 13 8 21 27 30


Lipid Massenanteil [%]Massenanteil [%]Massenanteil [%]Massenanteil [%]Massenanteil [%]Massenanteil [%]LipidLeberplasma-

membranErythrozyten-plasmamem-

bran

Myelin Mitochondrien-membran

ER E. coli

Cholesterin 17 23 22 3 6 —Phosphatidyl-ethanolamin

7 18 15 35 17 70

Phosphatidyl-serin

4 7 9 2 5 —

Phosphatidyl-cholin

24 17 10 39 40 —

Sphingomyelin

19 18 8 — 5 —Glycolipide 7 3 28 — — —Andere 22 13 8 21 27 30

asymmetrische Verteilung der Membranlipide:• extrazelluläre Hälfte fast nur Phosphatidylcholin und Sphingomyelin• innere Hälfte fast nur Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylserin• nur in extrazellulärer Hälfte sind Glycolipide• „flip-flop“ = transverse Diffusion sehr selten• in glattem ER: Phospholipid-Translokatorproteine = Flippasen


β2-Glycoprotein 1(Plasma)

Physiologisch, gesunde Zelle

Unphysiologisch, kranke/nekrotische Zelle

Ansatz für Tumortherapie: Antikörper „markiert“ geschädigte Endothelzellen, die vom Immunsystem eliminiert werdenBavituximab in Phase II

Biomembranen bei lysosomalen

Speicherkrankheiten

• bei einigen seltenen aber schweren Erkrankungen können Membranlipide nicht abgebaut werden• können nur durch Enzymsubstitution therapiert werden

X = H: Ceramid

Biomembranen — FluiditätBiomembranen 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

Biomembranen —Fluidität

Temperatur

Fluidität

fester Zustand

flüssiger Zustand

Tm

aus Berg, Tymoczko, Stryer: Biochemie

Biomembranen — Fluidität

Biomembranen — FluiditätAnzahl der C-Atome

Anzahl der Doppelbindungen

Trivialname Systemat. Name Tm [°C]

22 0 Behenat n-Dodecanat 7518 0 Stearat n-Octadecanat 5816 0 Palmitat n-Hexadecanat 4114 0 Myristat n-Tetradecanat 2418 1 Oleat cis-Δ9-Octadecenat –22

Tm: Schmelztemperatur, Übergang von starrem zu flüssigem Zustand bei Phosphatidylcholinen mit Paaren identischer Fettsäuren

aus Berg, Tymoczko, Stryer: Biochemie

Biomembranen — FluiditätBeispiele: • ! 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 Kälte-resistent(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

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



Nicht mit den hochspezialisierten

Membranen derMitochondrien und

Plastiden!

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)

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