Новости
Библиотека
Таблица эл-тов
Биографии
Карта сайтов
Ссылки
О сайте


Пользовательского поиска




18.04.2017

Синтезирован рекордно сложный полисахарид из 92 структурных звеньев

Ученые из Китая синтезировали рекордно сложный полисахарид — арабиногалактан, состоящий из 92 моносахаридных звеньев. Оптимизированная методика открывает возможности для синтеза еще более сложных соединений. Искусственно синтезированные полисахариды также могут служить для различных испытаний лекарственных препаратов, в данном случае — против туберкулеза: арабиногалактан входит в состав клеточной стенки палочки Коха.

Рис. 1. Полисахарид-рекордсмен состоит из 92 моносахаридных остатков (пятиугольником обозначен каждый такой остаток). Бактерия Mycobacterium tuberculosis собирает одну молекулу такого полисахарида из 62 молекул арабинозы (С5H10O5) и 30 молекул галактозы (C6H12O6). Для получения 30 миллиграмм этого полисахарида в лаборатории ученым потребовалось 35 стадий синтеза и два с половиной года
Рис. 1. Полисахарид-рекордсмен состоит из 92 моносахаридных остатков (пятиугольником обозначен каждый такой остаток). Бактерия Mycobacterium tuberculosis собирает одну молекулу такого полисахарида из 62 молекул арабинозы (С5H10O5) и 30 молекул галактозы (C6H12O6). Для получения 30 миллиграмм этого полисахарида в лаборатории ученым потребовалось 35 стадий синтеза и два с половиной года

Для химиков-органиков прошедшая неделя была юбилейной: 10 апреля они отмечали столетие со дня рождения Роберта Бёрнса Вудворда, признанного гения синтеза природных соединений. Сотрудники лаборатории профессора Е Синь-Шаня (Xin-Shan Ye) из Пекинского университета юбилей Вудворда встретили новым достижением: они получили полисахарид, гораздо более массивный и сложный по строению, чем когда-либо были синтезированны в стенах лабораторий.

Вещество-рекордсмен — арабиногалактан — интересно даже не столько тем, что оно составлено из 92 моносахаридных фрагментов, но в первую очередь тем, что оно представляет собой важный компонент клеточных стенок бактерии Mycobacterium tuberculosis, или палочки Коха, — возбудителя туберкулеза. Противотуберкулезный препарат этамбутол подавляет рост бактерий, блокируя биосинтез арабиногалактана. Так что результаты работы китайских химиков-синтетиков важны для разработки новых, более эффективных противотуберкулезных препаратов, а также для лучшего понимания механизма биосинтеза клеточных стенок у микобактерий, к которым и относится M. tuberculosis.

Углеводы в живой клетке

Углеводы, или сахара, могут принимать в живых организмах самые разнообразные формы и выполнять самые разные биологические функции. Все углеводы состоят из отдельных «единиц» — сахаридов. По способности к гидролизу — распаду на составные единицы — углеводы делятся на две группы: простые и сложные. Простые углеводы, представляющие собой одну единицу, иначе называются моносахариды. К ним относится известная многим глюкоза, которая не только придает сладкий вкус пище, но и является основным и наиболее универсальным источником энергии для обмена веществ практически у всех живых организмов. Углеводы, содержащие от двух до десяти структурных единиц, относят к олигосахаридам. Если же таких структурных единиц более десяти — это уже полисахарид. Наиболее известны структурно-строительный полисахарид целлюлоза, которая образует стенки клеток растений, и резервно-питательные полисахариды крахмал и гликоген.

Однако роль углеводов в живой ткани не сводится только к выполнению структурно-строительных или питательных функций. Олигосахариды и полисахариды с умеренным количеством структурных звеньев могут помогать иммунной системе человека генерировать иммунный отклик. Довольно часто антитела, представляющие собой комплекс белков и углеводов, распознают болезнетворные бактерии с помощью «углеводных антенн», взаимодействующих с углеводами клеточной стенки патогенов по известному биохимическому принципу «ключ–замок». Стратегии разработки антибиотиков нового поколения направлены на получение веществ, способных связывать, разрушать или каким-либо другим образом дезактивировать углеводы возбудителей заболеваний. Очевидно, что для решения этой задачи необходимо знать строение полисахаридов опасных для нашего здоровья бактерий или грибков, а еще лучше — иметь достаточное количество этих углеводов для предварительных испытаний веществ, ставших кандидатами в лекарственные препараты.

Несмотря на то, что строение полисахаридов гораздо проще строения белков и нуклеиновых кислот, мы знаем об этих природных высокомолекулярных соединениях куда меньше, чем о белках, ДНК и РНК. Причина таких пробелов — в крайне малом содержании полисахаридов в клетке, что, естественно, приводит к сложностям с выделением этих углеводов из живой ткани и еще большим сложностям с определением их структуры. А это, в свою очередь, делает практически невозможным изучение олиго- и полисахаридов как молекулярных мишеней для разработки фармакологически активных соединений.

Малое содержание углеводов в живых организмах приводит к тому, что для изучения этих веществ их приходится синтезировать в лаборатории, но проблема в том, что особо интересные и неуловимые для биохимиков полисахариды могут содержать в своем составе десятки моносахаридных остатков. Синтез больших углеводов осложняется не только их размерами. Иногда они имеют замысловатое строение, поэтому при их синтезе нужно следить за тем, чтобы в реакциях участвовала одна «правильная» реакционная группа исходного моносахарида из четырёх-пяти фрагментов, обладающих примерно одинаковой активностью (см. Региоселективность), а в результате реакции образовывался «правильный» зеркальный изомер (см. Стереоселективность). Для этого в лабораторной практике приходится прибегать к утомительным и многочисленным манипуляциям по введению и удалению защитных групп; при этом как конечный продукт синтеза, так и промежуточные вещества очень сложно очистить.

Химики начали попытки синтеза сложных полисахаридов два с половиной десятилетия назад. В 1993 году японские ученые синтезировали углевод, состоящий из двадцати пяти моносахаридных звеньев (Y. Matsuzaki et al., 1993. Synthesis of branched poly-N-acetyl-lactosamine type pentaantennary pentacosasaccharide: Glycan part of a glycosyl ceramide from rabbit erythrocyte membrane). Долгое время это синтетическое достижение оставалось рекордным, пока в 2000-х годах не были синтезированы полисахариды, содержащие 30 и 40 моносахаридных остатков. А рекордным до недавнего времени считался синтез углевода, проведенный в лаборатории профессора Петера Зеебергера (Peter H. Seeberger), директора Института коллоидных систем имени Макса Планка. Исследователи из Германии получили линейный полисахарид, состоящий из 50 моносахаридных звеньев.

Следует отметить, что новый рекордсмен — арабиногалактан из клеточных стенок микобактерий — не только почти в два раза больше полисахарида Зеебергера по числу звеньев, но его строение гораздо более сложное, в первую очередь за счет разветвления. Получить такое непростое соединение химикам из Пекинского университета удалось, удачно применив ранее разработанные синтетические методы и приемы. Исследователи оптимизировали методы синтеза пяти-, шести- и семизвенных олигосахаридов из простых сахаров — арабинозы и галактозы, после чего объединили эти короткие олигосахариды, получив 30-звенную цепь галактана (фрагмент, состоящий только из звеньев галактозы) и две идентичных 31-звенных цепи арабинана (фрагмент, состоящий только из звеньев арабинозы), из которых на заключительных стадиях и был получен целевой 92-звенный арабиногалактан. Для полного синтеза углевода — всех операций, связанных с получением, выделением и очисткой промежуточных соединений, — коллективу потребовалось два с половиной года.

Лабораторный синтез этого углевода наглядно показывает, что получить природное соединение с такой массой и сложным строением вне живой клетки вполне возможно. Получение арабиногалактана не только открывает возможности воссоздания в лаборатории других, не менее сложных, полисахаридов, но также позволит экспериментировать с синтетическими олиго- и полисахаридами с целью разработки новых лекарственных препаратов.

Источник: Yong Wu, De-Cai Xiong, Si-Cong Chen, Yong-Shi Wang & Xin-Shan Ye. Total synthesis of mycobacterial arabinogalactan containing 92 monosaccharide units // Nature Communications. 2017. DOI: 10.1038/ncomms14851.

Аркадий Курамшин


Источники:

  1. elementy.ru



ИНТЕРЕСНО:

Новый метод анализа белков работает в 50 раз быстрее

Создана первая «химическая память» объемом в 1 бит

193 года назад впервые получено органическое соединение из неорганических

Ученые разработали программу, которая высчитывает свойства молекул сложных химических соединений

Самосборкой получены структуры из 144 молекулярных компонентов

Учёные создали нанореактор для производства водорода

Ученые из Швеции создали «деревянное стекло»

Разработан новый метод создания молекул

Японские ученые создали жидкий квазиметалл, застывающий на свету

Нобелевскую премию по химии присудили за синтез молекулярных машин

Новая компьютерная программа предсказывает химические связи

Получены цветные изображения на электронном микроскопе

В упавшем в России метеорите обнаружен уникальный квазикристалл

10 невероятно опасных химических веществ

Создатель «суперклея» Гарри Кувер – химик и изобретатель, автор 460 патентов, самый известный из которых так и не помог ему разбогатеть




© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2017
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://chemlib.ru/ 'ChemLib.ru: Библиотека по химии'