Aminozucker
Definition
Aminozucker sind Monosaccharide, bei denen eine oder mehrere Hydroxygruppen durch eine Aminogruppe ersetzt sind. Meist handelt es sich um 2-Amino-2-desoxyzucker (Substitution am C2-Atom).
Chemie
Durch die Aminogruppe besitzen Aminozucker eine basische Funktion. Unter physiologischen Bedingungen liegt die Aminogruppe meist protoniert vor. Freie Aminozucker kommen in der Natur nur selten isoliert vor; sie sind überwiegend Bestandteile komplexerer Moleküle. Beispiele sind:
- Glykoside
- Glykoproteine
- Glykolipide
- Glykosaminoglykane
- polymere Strukturstoffe (z.B. Chitin)
Von Aminozuckern abzugrenzen sind Desoxyzucker und Zuckersäuren.
Biochemie
Metabolismus
Die Biosynthese der Aminozucker erfolgt über den sogenannten Hexosamin-Biosyntheseweg. Ausgangssubstrat ist meist Glucose-6-phosphat, das über Fructose-6-phosphat durch die Glutamin-Fructose-6-phosphat-Aminotransferase (GFAT) unter Verwendung von Glutamin als Stickstoffdonor zu Glucosamin-6-phosphat umgewandelt wird.
Weitere Schritte führen zu:
- UDP-N-Acetylglucosamin (UDP-GlcNAc)
- UDP-N-Acetylgalactosamin (UDP-GalNAc)
Diese aktivierten Zucker dienen als Substrate für die Glykosylierung von Proteinen, eine wichtige Form der posttranslationalen Modifikation.
Der Abbau erfolgt über Desaminierung und Einspeisung in den zentralen Kohlenhydratstoffwechsel.
Funktion
Aminozucker sind strukturell und funktionell bedeutsam als:
- Bestandteil der Glykosaminoglykane (z.B. Heparin, Chondroitinsulfat)
- Bestandteil der extrazellulären Matrix
- Bausteine von Glykoproteinen und Glykolipiden
- Bestandteil bakterieller Zellwände (Murein; N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure)
- Strukturelement von Chitin
Im menschlichen Organismus spielt insbesondere UDP-GlcNAc eine Rolle bei der O-GlcNAcylierung von Proteinen.
Beispiele
Wichtige Aminozucker sind:
In biologischen Systemen liegen Aminozucker überwiegend als N-acetylierte Derivate (z.B. N-Acetylglucosamin, N-Acetylmuraminsäure, N-Acetylgalactosamin) oder als aktivierte UDP-Zucker vor.
Klinik
Veränderungen des Hexosamin-Stoffwechsels werden mit metabolischen Erkrankungen wie Diabetes mellitus in Verbindung gebracht. Glucosamin wird als Nahrungsergänzungsmittel bei Arthrose eingesetzt. Die Studienlage zur klinischen Wirksamkeit ist uneinheitlich; eine generelle Leitlinienempfehlung besteht nicht.
Pharmakologie
Aminoglykosid-Antibiotika bestehen aus mehreren verknüpften Aminozuckern. Sie hemmen die bakterielle Proteinbiosynthese durch Bindung an die 30S-Untereinheit der Ribosomen.
Weitere pharmakologisch relevante Aminozucker-Derivate sind Bestandteile von Heparinen sowie verschiedener antiviraler und antibakterieller Substanzen.
Literatur
- Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie
- Berg, Tymoczko, Stryer: Biochemistry