Glykokalix

Die Zusammensetzung und der Aufbau der Glykokalix variieren zwischen Zellen und sind spezifisch für jeden Organismus. Die Glykokalix ist hochspezifisch und individuell. Selbst bei eineiigen Zwillingen können sich aufgrund posttranslationaler Modifikationen und epigenetischer Faktoren geringfügige Unterschiede ergeben. Sie beeinflusst den Charakter und die Funktion der Zelle.

Histochemisch lässt sich die Glykokalix mit der PAS-Reaktion nachweisen.

Die Glykokalix erfüllt bei Eukaryoten mehrere wichtige Aufgaben:

• Vermittlung von Zell-Zell-Kontakten
  • Verbindung der Zelle mit der extrazellulären Matrix, z.B. das Anheften von Leukozyten am Endothel bei Entzündungsreaktionen
  • Aufbau von Zellverbänden/Gewebe: Zelladhäsionsmoleküle (CAMs) der Glykokalix binden Lektine, die wiederum von Lektin-Bindungsdomänen anderer Proteine benachbarter Zellen erkannt werden
• Schutz
  • vor Fremdeinwirkung: Sie stabilisiert die Zellmembran und schützt vor mechanischen und chemischen Schäden. Außerdem hält sie Fremdkörper auf Distanz und verhindert unerwünschte Protein-Protein-Wechselwirkungen.
  • vor Selbstverdauung: In den Mikrovilli des Darmepithels ist die quervernetzte Glykokalix besonders hoch und integriert Verdauungsenzyme wie Lactase, Maltase, Sucrase und Isomaltase sowie Aminopeptidasen und Dipeptidasen. Sie schützt vor Selbstverdauung.
• Resorption: Rezeptorstrukturen selektieren Substanzen, die über Endozytose ins Zellinnere gelangen sollen. Die Glykokalix von Endothelzellen spielt eine entscheidende Rolle beim Aufbau eines kolloidosmotischen Gradienten im Gefäßsystem.
• Signalübertragung: Glykoproteine der Glykokalix können als Rezeptoren, z.B. für Hormone, extrazelluläre Signale aufnehmen.
• Antigenwirkung: Glykoproteine der Glykokalix werden vom Immunsystem erkannt und bestimmen die Antigeneigenschaften einer Zelle. Körperfremde Glykoproteine lösen starke Immunreaktionen aus, was bei Organtransplantationen (Immunsuppression erforderlich) und Bluttransfusionen relevant ist.

Die Glykokalix von Erythrozyten bestimmt die Blutgruppenzugehörigkeit zu 0, A und B und beinhaltet den Rhesusfaktor. Die Glykolipide besitzen spezifische Strukturen: Bei allen Blutgruppen kommt als gemeinsame Struktur ein Gerüst aus N-Acetylglucosamin, Galactose und Fucose vor. Bei Blutgruppe A bildet ein weiteres N-Acetylgalactosamin den endständigen Zucker, während bei Blutgruppe B eine weitere Galactose diese Funktion übernimmt. Bei Blutgruppe 0 fehlt der terminale Zucker (N-Acetylgalactosamin bei A bzw. Galactose bei B), wodurch das H-Antigen exponiert bleibt. Hieraus ergeben sich unterschiedliche Antigeneigenschaften.

Der Begriff Glykokalix ist bei Bakterien ein Oberbegriff für alle polysaccharidhaltigen extrazellulären Strukturen. Ist die Glykokalix straff organisiert und fest mit der Zellwand assoziiert, wird sie als Kapsel bezeichnet. Ist sie hingegen locker gebunden oder unstrukturiert, spricht man von einer Schleimschicht ("slime").^[1][2]

Bei Bakterien dient die Glykokalix v.a.:

• dem Schutz vor Austrocknung
• dem Schutz vor Phagozytose
• der Adhäsion an Oberflächen (z. B. am Zahnschmelz → Zahnplaque)

• Varki et al., Essentials of Glycobiology, 3. Auflage, Cold Spring Harbor (NY), 2015–2017
• Dean, Blood Groups and Red Cell Antigens, Bethesda (MD), National Center for Biotechnology Information (US), 2005
• Boron und Boulpaep, Medical Physiology, 3. Auflage, Philadelphia: Elsevier, 2016