Kulhydratopsamling

LMU-kemikere har designet og syntetiseret et spiralformet molekyle, der specifikt genkender og binder sig til et disaccharid bestående af to femkulstofsukkerenheder.

LMU kemiker professor Ivan Huc, som leder en forskningsgruppe, der er dedikeret til studiet af biomimetisk supramolekylær kemi, har designet og syntetiseret en molekylær struktur, som har en spiralformet bindingslomme, der er skræddersyet til genkendelse og indfangning af xylobiose, et medlem af disaccharidklassen af ​​kulhydrater, som sukker (saccharose) også tilhører. Molekylets syntese og karakterisering er beskrevet i det nye nummer af Angewandte Chemie . Redaktionen har vurderet værket som et "meget vigtigt papir, " en sondring, der tillægges mindre end 5% af alle rapporter offentliggjort i tidsskriftet.

Hucs forskning er passende karakteriseret ved udtrykket "biomimetisk". Han søger inspiration til syntese af kemikalier med specialiserede bindingsegenskaber i de principper, der ligger til grund for organiseringen af ​​biopolymerer. Biopolymerer, såsom proteiner, nukleinsyrer og polysaccharider, indeholder typisk flere forskellige slags underenheder, hvis rækkefølge og rumlige disposition bestemmer deres strukturelle og funktionelle karakteristika. Hucs kreationer – som han kalder foldamers – er ligeledes baseret på et lille sæt syntetiske underenheder, som let kan ændres til specifikke formål. Underenhederne består stort set af stive og plane aromatiske ringe, og er samlet, mere som legoklodser, til lineære polymerer, hvis spiralform minder om spiralformen, der findes i DNA og proteiner. Målet med den nye undersøgelse, som blev udført i samarbejde med kolleger på Bordeaux University (hvor Huc havde base, før han flyttede til LMU i 2017), var at bruge denne tilgang til at designe en foldamer, der er i stand til selektiv saccharidbinding i organiske opløsningsmidler.

De sukkerbindende egenskaber af den resulterende folder, som består af 18 underenheder af syv forskellige typer, blev testet ved inkubation med flere disaccharider, og molekylet viste sig kun at binde detekterbart til xylobiose. Analyse af kompleksets krystalstruktur bekræftede, at den spiralformede foldamer fuldstændigt indkapsler disaccharidet i dets indre hulrum. I øvrigt, det bundne disaccharid antager en usædvanlig konformation med dets hydroxyler i aksial position, sådan at de to sukkerringe er stablet over hinanden.

Binding skyldes dannelsen af ​​et netværk af hydrogenbindinger mellem sukkerarter og funktionelle grupper, der rager ud fra den indre væg af spiralfoldamer. Ja, flere af disse bindinger medieres af vandmolekyler i selve hulrummet. Dette afspejler det faktum, at receptoren med vilje var designet til at give mere end nok plads til sit gæstemolekyle. Og det vidner om den præcision, hvormed Hucs koncept om molekylært design "fra første principper" kan implementeres i praksis.

"Vi lykkedes med at konstruere en selektiv receptor kun med viden om de grundlæggende principper, der styrer foldnings- og molekylærgenkendelsesegenskaberne for disse forbindelser, " siger Ivan Huc. De næste trin omfatter at udvide saccharidgenkendelse til et vandigt medium, og at transformere sådanne spiralformede receptorer til sensorer, for eksempel ved brug af fluorescens, til saccharidkvantificering og billeddannelse i levende systemer.