Lipopolysaccharide
Lipopolysaccharide (LPS)sind relativ thermostabile (wärmeunempfindliche) Verbindungen aus fettähnlichen (Lipo-) und Zucker-Bestandteilen (Polysacchariden). Sie sind in derÄußeren MembrangramnegativerBakterienenthalten. Sie wirken alsAntigeneund dienen derserologischenCharakterisierung und Identifizierung der Bakterien. Beim Zerfall der Bakterien werden Teile davon frei und wirken toxisch. Diese Teile werden alsEndotoxinebezeichnet und von intakten Bakterien nicht abgegeben.
Im Fall kurzkettiger Zucker-Bestandteile (Oligosacchariden) spricht man auch vonLipooligosacchariden (LOS).
Struktur
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Lipopolysaccharide bestehen aus drei Teilbereichen, die miteinander verbunden sind:
- Lipid A
- Lipid A bildet den inneren Bereich des LPS (bzw. LOS), das zugleich damit in der äußerenMembranverankert ist. Dieser Teil wirkt alsEndotoxin.Er wird frei, nachdem die Zelle zerstört ist. Lipid A ist im Gegensatz zu den meisten anderenLipidender Zellmembran keinPhospholipid:DieFettsäurensind durchEsterbindungenan einDisaccharidgebunden, das ausN-Acetylglucosaminphosphatbesteht. Zu den häufigsten Fettsäuren zählen hierCapron-,Laurin-,Myristin-,Palmitin-undStearinsäure.Lipid A kann je nach Bakterienart verschieden sein.
- Kernregion
- Die Kernregion ist an das Lipid A gebunden und besteht aus einer inneren und einer äußeren Kernregion. Sie besteht im Wesentlichen aus2-Keto-3-desoxy-D-mannooctulosonsäure(KDO) sowieHeptose,Glucose, Galactose undN-Acetylglucosamin.Auch die Kernregion kann bei unterschiedlichen Bakterienarten verschieden sein.
- Polysaccharid (bzw. Oligosaccharid)
- Ein an den Kern gebundenes Oligo- oder Polysaccharid bildet den dritten, äußeren Bereich. Es bildet eine Kette aus einer oder mehrerenHexosen,zum BeispielRhamnose,Galactose,GlucoseundMannose,sowie einem oder mehrerenDidesoxyzuckernwieAbequose,Colitose,ParatoseoderTyvelose,zum Teil modifiziert. Diese Zucker sind in vier- oder fünfteilige Sequenzen verbunden, die oft verzweigt sind. Durch die Wiederholung der Zuckersequenzen entsteht das lange Polysaccharid. Dieses Polysaccharid wird als O-Polysaccharid bezeichnet, weil es alsO-Antigendes Bakteriums fungiert. Dieser Bereich ist je nach Bakterienart und -stamm verschieden und kann zur Unterscheidung der Bakterien genutzt werden, unter anderem zur Differenzierung pathogener und nicht pathogener Arten. Dazu verwendet man in der RegelserologischeMethoden, vor allem dieGruber-Widal-Reaktion.So können etwaTyphusund andereSalmonellosenunterschieden werden.
Die Oligosaccharidketten können sehr kurz sein oder fehlen. Ein Fehlen der Kernregion kommt dagegen nicht vor.
Biosynthese
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- Lipid A und die Kernregion
- werden imZytoplasmasynthetisiert und dort aneinandergehängt. Dieser Verband wird dann durch die Zellmembran geklappt und lagert sich spontan in die äußere Membran derZellwandein.
- Oligo-/Polysaccharidketten
- werden auch im Zytoplasma synthetisiert, sie sind jedoch starkhydrophilund können nicht ohne weiteres durch die lipophile Zellmembran transportiert werden. Damit dies dennoch möglich ist, wirdUndecaprenylphosphatdaran gebunden. Dadurch bekommt es einlipophilesEnde, durch das es durch die Zellmembran gezogen werden kann. Imperiplasmatischen Raumwerden nun durchPolymerasenTeilbereiche kopiert und an die vorhandenen Ketten gehängt.
Nun werden die Saccharidketten mit dem Lipid-A-Kernregion-Verband durchLigasenverbunden und mit Hilfe von Poren (Bayer’s Junctions) in die äußere Membran transportiert. Dieser Vorgang ist passiv und daher ohne Energieaufwand möglich.
Reaktionen des menschlichen Körpers auf endotoxisch wirksame Lipopolysaccharide
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Gelangen Lipopolysaccharide ins Blut, binden sie dort an das SerumproteinLipopolysaccharid-bindendes-Protein(LBP). Dieser Komplex bindet an den MembranrezeptorCD14,unter anderem auf derMonozytenoberfläche,und induziert überNF-κBdie Freisetzung vonTumornekrosefaktorundInterleukin-1βdurch diese CD14-tragende Zelle. Die CD14-Expression wird wiederum durch TNF vorübergehendparakrininduziert (positive Selbstverstärkung).[1]
Lipopolysaccharide können durchzirkumventrikuläre Organe(Stellen mit einer durchlässigerenBlut-Hirn-Schranke) direkt in das Gehirn gelangen und von dort ausgehend vor allem in derMikrogliaihren eigenen Rezeptor, CD14, vermehrt induzieren, um dann lokal die nachfolgende Zytokinproduktion anzuregen. Dies ist einer der Wege, die zuFieberführen.[1]
Zerstörung von Lipopolysacchariden
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Hitzebeständige Geräte kann man durch Erhitzen (5 Stunden bei 200 °C) von Lipopolysacchariden befreien. Für nicht hitzebeständige Geräte wendet man 1-molare Natronlauge an, die 15 Stunden lang einwirken soll.
