Synthesen, Konformationen und Röntgenstrukturanalysen von Saccharidketten der Core‐Regionen von Glycoproteinen

Abstract

Bei Glycoproteinen kann der kovalent gebundene Kohlenhydratteil intramolekular das Proteinmolekül stabilisieren, oder er kann eine intermolekulare Funktion bei der biologischen Erkennung ausüben. Die Entdeckung dieser biologischen Phänomene hat zur Renaissance der Chemie und Biochemie der Kohlenhydrate geführt. Sowohl N‐Glycoproteine als auch O‐Glycoproteine haben in der Bindungsregion zum Protein spezielle invariante Oligosaccharidketten, die als Core‐Regionen bezeichnet werden. Diese Übersicht beschreibt die vielfältigen Synthesewege für Oligosaccharide, über die man zu den Core‐Basisstrukturen gelangt. Die Methoden der Oligosaccharidsynthese sind so verbessert, daß auch Strukturen des komplexen Lactosamintyps und des „bisected”︁ Typs bis zum Nona‐ bzw. Undecasaccharid synthetisiert werden können. Oligosaccharidketten sind wesentlich weniger flexibel als Peptidketten. NMR‐spektroskopisch lassen sich die bevorzugten Konformationen in Lösung sehr gut ermitteln. Bei einem verzweigten Octasaccharid ist ein Vergleich der Konformationen in Lösung und im Kristall möglich. Oligosaccharide können an die Amidgruppe von Asparagin oder an die Hydroxygruppe von Serin oder Threonin geknüpft werden. Bei entsprechenden Blockierungsfunktionen lassen sich die erhaltenen Glycosylaminosäuren C‐oder N‐terminal mit Aminosäuren verlängern. Man gelangt so zu beliebigen Glycopeptidsequenzen. Im Bereich der Verknüpfungsregion sind bei Glycopeptiden bestimmte Konformationen bevorzugt. Eine zukunftsträchtige Aufgabe im Hinblick auf die Funktion der Glycoproteine dürfte die Synthese und biochemische Untersuchung von modifizierten Glycoproteinsegmenten sein.

Strategies for the Chemical Synthesis of Glycoconjugates

“…In the classical Koenigs-Knorr procedure (Koenigs and Knorr, 1901;Schmidt, 1989;Paulsen, 1990) and the subsequently developed efficient "catalyst") is required (Scheme 2 and 3). Because of their halophilicity, various silver or mercury salts are applied as promoters.…”

“…Important aspects are differences in reactivity and the generation of equivalent amounts of acid and/or water in the course of glycoside bond formation. For the most common promoter systems the following order of reactivity has been generally confirmed: AgOTf/Ag2C03 > AgC104 > Hg(CN)2/HgBr2 > Hg(CN)2 (Paulsen, 1990). …”

“…Closely related to the Koenigs-Knorr procedure with bromide and chloride as leaving groups, fluorine has been introduced by Micheel and Borrmann (1960) (Scheme 2, X = F) and has recently been investigated for glycoside synthesis (Schmidt, 1989;Paulsen, 1990;Kunz, 1993;Toshima and Tatsuta, 1993). The higher thermal stability and the higher stability towards many re- , 1988).…”

“…Their manifold functions, more and more recognized only recently (Schmidt, 1986;Hakomori, 1990;Ledeen, 1992;Paulsen, 1990;Jung and Schmidt, 1991;Kunz, 1993;Sharon and Lis, this volume;Kopitz, this volume), are based on a great structural diversity of the oligosaccharide portion, which is inherent in the variability in glycoside bond formation (Schmidt, 1986), thus rendering oligosaccharides ideal as carriers of biological information and specificity.…”

“…This knowledge is mainly based on an enormous extension and improvement of the methodologies for structural analysis (Vliegenthart et al, 1983;Hounsell, this volume) and for chemical synthesis (Schmidt, 1986(Schmidt, , 1989(Schmidt, , 1994Paulsen, 1990;Jung and Schmidt, 1991;Banoub, 1992;Kunz, 1993;Toshima and Tatsata, 1993;Barresi and Hindsgaul, 1995;Khan et al, 1996;Whitfield and Douglas, 1996), as will be outlined below. The synthesis of glycosides, oligosaccharides, and glycoconjugates is characterized by a much larger number of possibilities for coupling than that of other biopolymers, such as peptides or proteins and ribo-or deoxyribo-nucleotides.…”