5.13A: Polysaccharid-Biosynthese

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Schlüsselbegriffe

  • Polysaccharide: Polysaccharide sind lange Kohlenhydratmoleküle aus sich wiederholenden Monomereinheiten, die durch glykosidische Bindungen miteinander verbunden sind. Ihre Struktur reicht von linear bis stark verzweigt. Polysaccharide sind oft recht heterogen und enthalten leichte Modifikationen der sich wiederholenden Einheiten.
  • Gluconeogenese: Die Gluconeogenese (abgekürzt GNG) ist ein Stoffwechselweg, der zur Erzeugung von Glucose aus Nicht-Kohlenhydrat-Kohlenstoffsubstraten wie Pyruvat, Lactat, Glycerin und glucogenen Aminosäuren führt.
  • Glucosyltransferasen: Glucosyltransferasen sind eine Art von Glykosyltransferasen, die den Transfer von Glukose ermöglichen, z. B. bei der Glykogensynthese.

Polysaccharide sind lange Kohlenhydratmoleküle aus wiederholten Monomereinheiten, die durch glykosidische Bindungen miteinander verbunden sind. Sie reichen in ihrer Struktur von linear bis stark verzweigt. Polysaccharide sind oft recht heterogen und enthalten leichte Modifikationen der sich wiederholenden Einheiten. Je nach Struktur können diese Makromoleküle andere Eigenschaften aufweisen als ihre Monosaccharid-Bausteine. Sie können amorph oder sogar wasserunlöslich sein.

Einer der häufigsten Bausteine von Polysacchariden ist Glukose. Allerdings muss die Glukose in aktivierter Form vorliegen. Es gibt zwei Formen von aktivierter Glukose: UDP-Glucose und ADP-Glucose.

Uridindiphosphat-Glucose (Uracil-Diphosphat-Glucose, UDP-Glucose) ist ein Nukleotidzucker. Die Bestandteile der UDP-Glucose bestehen aus der Pyrophosphatgruppe, dem Pentosezucker Ribose, Glucose und der Nukleobase Uracil. Sie wird im Nukleotidzucker-Stoffwechsel als aktivierte Form der Glucose als Substrat für Enzyme, die so genannten Glucosyltransferasen, verwendet. UDP-Glucose kann auch als Vorläufer von Lipopolysacchariden und Peptidoglycan verwendet werden. ADP-Glucose ist normalerweise die Vorstufe für die Glykogenproduktion in Bakterien.

Abbildung: Struktur der UDP-Glucose: UDP-Glukose besteht aus der Pyrophosphatgruppe, dem Pentosezucker Ribose, Glukose und der Nukleobase Uracil.

Wenn die Zellen auf einer anderen Kohlenstoffquelle als Glukose wachsen, werden die Polysaccharide auf einem anderen Weg synthetisiert. Die Gluconeogenese (abgekürzt GNG) ist ein Stoffwechselweg, der zur Erzeugung von Glucose aus Nicht-Kohlenhydrat-Kohlenstoffsubstraten wie Phosphoenolpyruvat (PEP) führt. PEP entsteht durch die Decarboxylierung von Oxalacetat und die Hydrolyse eines Guanosintriphosphatmoleküls. Diese Reaktion ist ein geschwindigkeitsbeschränkender Schritt in der Gluconeogenese.

Pathogene Bakterien produzieren in der Regel eine dicke, schleimartige Schicht aus Polysaccharid. Diese „Kapsel“ umhüllt antigene Proteine auf der Bakterienoberfläche, die andernfalls eine Immunreaktion hervorrufen und damit zur Zerstörung der Bakterien führen würden. Bakterien und viele andere Mikroben, einschließlich Pilze und Algen, scheiden als evolutionäre Anpassung häufig Polysaccharide aus, die ihnen helfen, auf Oberflächen zu haften und sie vor dem Austrocknen zu schützen. Der Mensch hat einige dieser Polysaccharide zu nützlichen Produkten weiterentwickelt, darunter Xanthangummi, Dextran, Welangummi, Gellangummi, Diutangummi und Pullulan.