NWNR300901 Organic chemistry and immunobiology of carbohydrates (in Eng.)

Art
Vorlesung
Semesterstunden
2
Vortragende/r (Mitwirkende/r)
Zamyatina, Alla
Organisation
Organische Chemie
Angeboten im Semester
Wintersemester 2026/27
Unterrichts-/ Lehrsprachen
Englisch
Lehrinhalt

Kohlenhydrate (Saccharide und Glykane) zählen zu den häufigsten, strukturell vielfältigsten und informationsreichsten Molekülen in der Natur, deren biologische Funktionen weit über ihre bekannten Rollen als Energiequellen und Strukturmaterialien hinausgehen. Als integrale Bestandteile von Proteinen, Lipiden und Zelloberflächen bilden Glykane dreidimensionale molekulare Erkennungsmotive, über die Wechselwirkungen zwischen Zellen, Proteinen, Mikroorganismen und ihrer Umgebung vermittelt und reguliert werden.
In der Vorlesung werden die Grundlagen der organischen Chemie und Strukturbiologie von Kohlenhydraten behandelt, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf dem Zusammenhang zwischen molekularer Struktur und biologischer Erkennung sowie auf den molekularen Grundlagen der Glykan-Protein-Erkennung liegt. Darüber hinaus wird vermittelt, wie die große strukturelle Vielfalt von Glykanen in Zellen durch spezifische glykanmodifizierende Enzyme erzeugt und kontrolliert wird.

Anhand repräsentativer Strukturen kohlenhydratbindender Proteine, darunter Lektine, Antikörper, Enzyme und Rezeptoren, wird analysiert, wie Bindungsstellen spezifische Glykanmotive erkennen und welche strukturellen Merkmale dabei Affinität und Selektivität bestimmen. Da diese Prinzipien der Glykanerkennung eine wichtige Grundlage für biotechnologische und therapeutische Anwendungen darstellen, wird zugleich gezeigt, wie entsprechende Erkenntnisse unter anderem für diagnostische Verfahren, Biomaterialien, Impfstoffe sowie kohlenhydratbasierte oder glykomimetische Therapeutika genutzt werden können. Ein anschauliches Beispiel hierfür ist die Glykosylierung von Biopharmazeutika, bei der Unterschiede in der Glykanstruktur wesentlichen Einfluss auf Pharmakokinetik, Rezeptorinteraktionen und biologische Aktivität haben können.

Auch in der Immunbiologie kommt der Erkennung von Glykanen eine zentrale Bedeutung zu, da Veränderungen der Glykosylierung von Proteinen und Lipiden unter anderem bei Entzündungsprozessen, Autoimmunerkrankungen und malignen Transformationen auftreten und dabei krankheitsassoziierte molekulare Signaturen erzeugen können. Gleichzeitig erkennen Rezeptoren des angeborenen und adaptiven Immunsystems charakteristische Kohlenhydratstrukturen auf Wirtszellen und Mikroorganismen, sodass Glykan-Protein-Wechselwirkungen sowohl an der Immunerkennung als auch an der Signalübertragung beteiligt sind. An ausgewählten Beispielen wird daher erläutert, wie solche Wechselwirkungen reguliert werden und inwieweit veränderte Glykosylierung für die Identifizierung von Biomarkern, diagnostische Verfahren und therapeutische Interventionen genutzt werden kann.

Durch die Verbindung von Kohlenhydratchemie, Struktur- und Chemischer Biologie sowie Immunbiologie vermittelt die Lehrveranstaltung einen molekularen Rahmen, der sowohl das Verständnis von Glykanen als biologische Erkennungsstrukturen als auch die gezielte Nutzung von Glykan-Protein-Wechselwirkungen in moderner Biotechnologie und therapeutischer Entwicklung ermöglicht.

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Inhaltliche Voraussetzungen (erwartete Kenntnisse)

Die Lehrveranstaltung richtet sich an Bachelor- und Masterstudierende mit grundlegenden Kenntnissen in Organischer Chemie und Biochemie. Sie eignet sich insbesondere für Studierende, die ihr Verständnis der molekularen Grundlagen biologischer Prozesse vertiefen möchten.
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Lehrziel

Am Ende der Lehrveranstaltung sind die Studierenden in der Lage:
•die strukturellen und chemischen Grundlagen von Kohlenhydraten zu beschreiben und die Strukturen der wichtigsten biologisch relevanten Mono-, Oligo- und Polysaccharide zu unterscheiden;
•zu erklären, wie Glykane in Zellen biosynthetisiert und modifiziert werden;
•die strukturelle Vielfalt von Kohlenhydraten mit ihrer biologischen Funktion in Beziehung zu setzen;
•zu erklären, wie Glykane von Rezeptoren, Enzymen, Antikörpern und anderen kohlenhydratbindenden Proteinen erkannt werden;
•Zucker-Protein-Interaktionen auf molekularer Ebene zu analysieren, einschließlich der strukturellen Merkmale von Kohlenhydrat-Bindungsstellen;
•die Funktionen von Glykanen bei Zellkommunikation, Immunerkennung, Wirt-Pathogen-Interaktionen und Erkrankungen zu beschreiben;
•zu erklären, wie krankheitsbedingte Veränderungen der Glykosylierung für Biomarker-Identifizierung, Diagnostik und therapeutische Entwicklung genutzt werden können;
•zu beurteilen, wie Glykan-Protein-Interaktionen und Kohlenhydratstrukturen in der Biotechnologie und bei der Entwicklung neuartiger Therapeutika genutzt werden können.
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Noch mehr Informationen zur Lehrveranstaltung, wie Termine oder Informationen zu Prüfungen, usw. finden Sie auf der Lehrveranstaltungsseite in BOKUonline.