Lipopolysaccharide

Lipopolysaccharide (LPS) sind relativ thermostabile (wärmeunempfindliche) Verbindungen aus fettähnlichen (Lipo-) und Zucker-Bestandteilen (Polysacchariden). Sie sind in der Äußeren Membran gramnegativer Bakterien enthalten. Sie wirken als Antigene und dienen der serologischen Charakterisierung und Identifizierung der Bakterien. Beim Zerfall der Bakterien werden Teile davon frei und wirken toxisch. Diese Teile werden als Endotoxine bezeichnet, weil sie von intakten Bakterien nicht abgegeben werden.

Struktur

Lipopolysaccharide bestehen aus drei Teilbereichen, die miteinander verbunden sind:

• Lipid A

Lipid A bildet den innersten Bereich des LPS, das zugleich damit in der Äußeren Membran verankert ist. Dieser Teil wirkt als Endotoxin. Er wird frei, nachdem die Zelle zerstört wurde. Lipid A ist kein Glycerinlipid, die Fettsäuren sind durch Esterbindungen an ein Disaccharid gebunden, was aus N-Acetylglucosaminphosphat besteht. Zu den häufigsten Fettsäuren zählen hier Capron-, Laurin-, Myrsitin-, Palmitin-, und Stearinsäure. Lipid A kann je nach Bakterienart verschieden sein.

• Kernregion

Die Kernregion wird in die innere und die äußere Kernregion geteilt. Sie besteht im Wesentlichen aus Ketodesoxyoctulosonsäure (KDO) und einer Heptose, Glucose, Galactose und N-Acetylglucosamin.An diesen Kern ist ein O-Polysaccharid gebunden. Auch die Kernregion kann bei verschiedenen Bakterienarten verschieden sein.

• Polysaccharid

Ein Polysaccharid bildet den dritten, äußeren Bereich. Es bildet eine Kette aus einem oder mehreren Zuckern, zum Beispiel Rhamnose, Galactose, Glucose und Mannose sowie einen oder mehrere Didesoxyzucker wie Abequose, Colitose, Paratose oder Tyvelose, zum Teil modifiziert. Diese Zucker sind in vier- oder fünfteilige Sequenzen verbunden, die oft verzweigt sind. Durch die Wiederholung der Zuckersequenzen entsteht das lange O-Polysaccharid. Dieser Bereich ist je nach Bakterienart und -stamm verschieden und kann zur Unterscheidung der Bakterien verwendet werden, unter anderem zur Unterscheidung pathogener und nicht pathogener Arten.

Die Polysaccharidketten können sehr kurz sein oder fehlen. ein Fehlen der Kernregion kommt nicht vor.

Verschiedene Bakterienarten und -stämme unterscheiden sich vor allem in ihren Polysaccharidketten, den O-Antigenen, was man zum Beispiel zur diagnostischen Unterscheidung von Bakterien nutzt, besonders serologisch, vor allem mit Hilfe der Gruber-Widal-Reaktion. So können etwa Typhus und andere Salmonellosen unterschieden werden.

Biosynthese

• Lipid A und die Kernregion

werden im Cytoplasma synthetisiert und dort aneinandergehängt. Dieser Verband wird dann durch die Cytoplasmamembran geklappt und lagert sich spontan in die äußere Membran der Zellwand ein.

• Polysaccharidketten

werden auch im Cytoplasma synthetisiert, sie sind jedoch stark hydrophil und können nicht ohne weiteres durch die lipophile Cytoplasmamembran transportiert werden. Damit dies dennoch möglich ist, wird Undecaprenylphosphat daran gebunden. Dadurch bekommt es ein lipophiles Ende, durch das es durch die Cytoplasmamembran gezogen werden kann. Im periplasmatischen Raum werden nun durch Polymerasen Teilbereiche kopiert und an die vorhandenen Ketten gehängt.

Nun werden die Polysaccharidketten mit dem Lipid A-Kernregion-Verband durch Ligasen verbunden und mit Hilfe von Poren (Bayer's Junctions) in die Äußere Membran transportiert. Dieser Vorgang ist passiv und daher ohne Energieaufwand möglich.