92 szerkezeti egységből álló, rekord összetett poliszacharidot szintetizáltak • Arkady Kuramshin • Tudományos hírek a "Elemekről" • Kémia, Orvostudomány

A 92 strukturális egységből származó, szintetizált rekordtörő poliszacharid

Ábra. 1. A rekord poliszacharid 92 monoszacharid-maradékból áll (mindegyik pentagon ötszögben van feltüntetve). baktérium Mycobacterium tuberculosis összegyűjti az ilyen poliszacharid egy molekuláját 62 arabinóz molekulából (C.5H10O5) és 30 galaktózmolekulát (C.6H12O6). A poliszacharid 30 milligrammjára való felszívódása a laboratóriumban 35 szintézist és két és fél évet vett igénybe. Ábra Arkady Kuramshina

A kínai tudósok egy rekord összetett poliszacharidot – arabinogalaktánt állítottak elő, amely 92 monoszacharid egységet tartalmazott. Az optimalizált módszer lehetőséget nyújt a még összetettebb vegyületek szintézisére. Mesterségesen szintetizált poliszacharidok is alkalmazhatók különböző gyógyszeres vizsgálatokhoz, ebben az esetben a tuberkulózis ellen: az arabinogalaktán a Koch pálcájának sejtfalának része.

A szerves vegyészek számára az elmúlt hét évforduló volt: április 10-én Robert Burns Woodward születésének századik évfordulóját ünnepelték, a természetes vegyületek szintézisének elismert zsenije. Az E Xin-Shan professzor (Xin-Shan Ye) laboratóriumi munkatársai a Pekingi Egyetemen új eredményt ünnepeltek Woodward születésnapján: a poliszacharid sokkal masszívabb és összetettebb, mint a laboratóriumokban.

A rekordbirtokos, az arabinogalaktán, nemcsak azért érdekes, mert 92 monoszacharid fragmensből áll, hanem elsősorban azért, mert ez a baktériumsejtek fontos eleme. Mycobacterium tuberculosis, vagy Koch botok, – a tuberkulózis kórokozója. Az anti-TB gyógyszer ethambutol gátolja a baktériumok növekedését az arabinogalaktán bioszintézisének blokkolásával. Tehát a kínai szintetikus kémikusok munkájának eredményei fontosak az új, hatékonyabb tuberkulózis elleni gyógyszerek kifejlesztésében, valamint a mycobacteriumok sejtfal bioszintézisének mechanizmusának jobb megértéséhez, amelyhez M. tuberculosis.

Szénhidrátok egy élő sejtben

A szénhidrátok vagy a cukrok sokféle formát vehetnek fel az élő szervezetekben, és különböző biológiai funkciókat hajthatnak végre. Minden szénhidrát egyéni "egységek" – szacharidokból áll. A hidrolizáló képességüknek megfelelően – az alkotóegységekbe bomlásuk – a szénhidrátok két csoportra oszthatók: egyszerűek és komplexek. Egyszerű szénhidrátok, amelyek egy egység, más néven monoszacharidok. Ezek közé tartozik a jól ismert glükóz, amely nemcsak édes ízt ad az élelmiszereknek, hanem a gyakorlatilag minden élő szervezet metabolizmusának fő és legegyszerűbb energiaforrása.A 2-10 szerkezeti egységből álló szénhidrátokat oligoszacharidokként osztályozzák. Ha több mint tíz ilyen szerkezeti egység van, ez már poliszacharid. A legismertebb szerkezeti-építő poliszacharid a cellulóz, amely a növényi sejtek falát képezi, és a tartalékot tápláló poliszacharidok keményítőt és glikogént.

A szénhidrátok szerepe az élő szövetekben azonban nem korlátozódik csak a strukturális építő- vagy táplálkozási funkciók teljesítményére. Oligoszacharidok és poliszacharidok mérsékelt mennyiségű szerkezeti egységekkel segíthetnek az egyén immunrendszerében immunválaszt generálni. Gyakran előfordul, hogy a fehérjék és szénhidrátok komplexeként felismert antitestek felismerik a patogén baktériumokat olyan "szénhidrát antennákkal", amelyek a kórokozók sejtfalának szénhidrátjaival kölcsönhatásba lépnek a "kulcsos zár" jól ismert biokémiai elvének megfelelően. Az antibiotikumok új generációjának kifejlesztésére irányuló stratégiák célja a kórokozók szénhidrátok kötésére, megsemmisítésére vagy egyéb módon deaktiválására képes anyagok előállítása. Nyilvánvaló, hogy megoldani ezt a problémát, ismerni kell a baktériumok vagy gombák poliszacharidok szerkezetét, amelyek veszélyesek az egészségünkre,vagy még ennél is jobb, elegendő mennyiségű szénhidrátot tartalmaznak azoknak az anyagoknak a előzetes vizsgálatához, amelyek már jelöltek gyógyszerekre.

Annak ellenére, hogy a poliszacharidok szerkezete sokkal egyszerűbb, mint a fehérjék és a nukleinsavak szerkezete, sokkal kevésbé tudunk ezekről a természetes nagy molekulájú vegyületekről, mint a fehérjékről, a DNS-ről és az RNS-ről. Az ilyen hiányosságok oka a sejtekben a poliszacharidok rendkívül alacsony tartalma, ami természetesen nehézségekbe ütközik e szénhidrátok felszabadulásával az élő szövetekből és még nagyobb nehézségekbe ütközik a szerkezetük meghatározásával. Ez viszont szinte lehetetlenné teszi oligo- és poliszacharidok molekuláris célpontokká történő tanulmányozását a farmakológiailag aktív vegyületek kifejlesztéséhez.

Az élő szervezetekben található szénhidrátok alacsony tartalma arra enged következtetni, hogy ezeket az anyagokat tanulmányozni kell a laboratóriumban, de a probléma az, hogy a tízszeres monoszacharidmaradékok különös érdeklődésre számot tartó poliszacharidokat tartalmazhatnak, és a biokémikusok számára elhanyagolhatóak. A nagy szénhidrátok szintézise nem csak méretük miatt bonyolult. Néha bonyolult struktúrájuk van,ezért szintézisük során biztosítani kell, hogy a reakciókban (lásd Regioselektivitás) körülbelül 4-öt, körülbelül ugyanolyan aktivitással rendelkező eredeti "monoszacharid" reakciócsoportot vontak be (lásd Regioselektivitás), és a reakció "helyes" tükör izomert eredményezett (lásd sztereoszelektivitást). Ehhez a laboratóriumi gyakorlatban fárasztó és számos manipulációra van szükség a védőcsoportok bevezetése és eltávolítása terén; mind a szintézis végterméke, mind a közbenső anyagok nagyon nehéz tisztítani.

A vegyészek két és fél évtizeddel ezelőtt megpróbálták komplex poliszacharidok szintézisét. 1993-ban a japán tudósok szénhidrátot állítottak elő, amely huszonöt monoszacharid egységet tartalmaz (Y. Matsuzaki és munkatársai, 1993). Elágazó láncú poli-N-acetil-laktóz-amin típusú pentaantennáris pentakoszaszacharid szintézise: glikozilidermid glikán része Hosszú ideig ez a szintetikus eredmény rekord maradt, míg a 2000-es években a 30 és 40 monoszacharid-maradékot tartalmazó poliszacharidok szintetizálódtak. A szénhidrát szintézisét Peter Seeberger professzor (Peter H. Seeberger), a Colloidal Systems Max Planck Intézet igazgatója tartotta.A német kutatók lineáris poliszacharidot kaptak, amely 50 monoszacharid egységet tartalmazott.

Meg kell jegyezni, hogy az új rekordbirtokos – az arabinogalaktán a mycobacteriumok sejtfalain – nemcsak a Seeberger poliszacharidnak csaknem kétszerese a kapcsolatok számának szempontjából, de szerkezete sokkal összetettebb, elsősorban az elágazás miatt. A pekingi kémikusok sikeresnek bizonyultak ilyen nehéz kombinációban a korábban kifejlesztett szintetikus módszerek és technikák sikeres alkalmazásával. A kutatók ötszörös, hat és hét elágazású oligoszacharidokat egyszerű cukrokból – arabinózt és galaktózt szintetizáltak, majd ezeket a rövid oligoszacharidokat kombinálták egy 30-láncú galaktánlánc (egy csak galaktóz egységből álló fragmentum) és két azonos 31-láncú arabinánc (csak arabinóz egységből álló fragmens), amelyből a cél 92-tier arabinogalaktánt a végső szakaszban kaptuk. A szénhidrát teljes szintéziséhez – a köztitermékek előállításához, izolálásához és tisztításához kapcsolódó valamennyi művelethez – a csapat két és fél évet vett igénybe.

Ennek a szénhidrátnak a laboratóriumi szintézise egyértelműen azt mutatja, hogy teljesen természetes természetes vegyületet nyerhetünk egy ilyen tömeggel és összetett szerkezettel, egy élő sejten kívül. Az arabinogalaktán nemcsak megnyitja a más hasonlóan komplex poliszacharidok laboratóriumi újrateremtésének lehetőségét, hanem lehetővé teszi a szintetikus oligo- és poliszacharidok kísérletezését új gyógyszerek kifejlesztése érdekében.

Forrás: Yong Wu, De-Cai Xiong, Si-Cong Chen, Yong-Shi Wang és Xin-Shan Ye. A mycobacterium arabinogalaktán összesített szintézise, ​​amely 92 monoszacharidegységet tartalmaz // Természetes kommunikáció. 2017. DOI: 10.1038 / ncomms14851.

Arkady Kuramshin


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: