Oligosackarider – kedjor av sockerbyggstenar – är viktiga för biologiska celler. Forskare hade trott att dessa molekyler var fritt rörliga, men ett internationellt forskarlag har nu visat att sådana sockermolekyler kan bilda stela strukturer, tidigare bara funnits i DNA och proteiner.

Oligosackarider – kedjor av sockerbyggstenar – är några av de viktigaste molekylerna i levande varelser. De utgör en stor del av cellytan och bidrar till immunförsvarets förmåga att särskilja kroppens egna celler från patogener eller andra främmande celler. Oligosackarider på ytan av blodceller bestämmer också vår blodgrupp och många proteiner bär oligosackaridbihang, som är avgörande för proteinfunktionen.

Forskare hade tidigare trott att dessa sockermolekyler var fritt rörliga och inte bildade stela strukturer. Stela tredimensionella molekylära strukturer – av experter kallade sekundära strukturer – hade bara hittats i DNA, där molekylerna bildar en dubbelspiral, och i proteiner, i vilka partiella områden ofta bildar spiraler eller små ytor med strukturen av korrugerad metall.

Dock, ett internationellt forskarlag har nu hittat sådana sekundära strukturer i oligosackarider. "Vi kunde visa att strukturen hos vissa oligosackarider som innehåller den grundläggande byggstenen fukos har en karakteristisk styvhet, " förklarar Mario Schubert, chef för forskargruppen. Schubert var vid ETH Zürich i flera år och arbetar nu vid universitetet i Salzburg.

Stabilt arrangemang

Det nyupptäckta sekundära strukturelementet bestämmer hur de tre sockerbyggstenarna i oligosackariden är rumsligt relaterade:den första byggstenen – sockertypen fukos – och den tredje byggstenen är staplade parallellt med varandra, medan mittblocket är i rät vinkel mot de andra två. Denna struktur stabiliseras av en kemisk vätebindning mellan det första och tredje blocket.

Denna struktur, bestående av tre block, är en jämförelsevis småskalig molekylär enhet. I jämförelse, sekundära spiralstrukturer i proteiner kan sträcka sig över flera dussin proteinbyggstenar.

Dogma motbevisade

Hittills hade forskare antagit att vätebindningarna mellan oligosackaridbyggstenar var mycket svaga och därför kunde försummas. Den rådande uppfattningen var att det inte fanns några sekundära strukturer i oligosackarider. "Vårt arbete visar nu att vissa vätebindningar måste beaktas. Som en liten spets på skalan, de kan avsevärt hjälpa till att tvinga sockerbyggstenarna till en styv korsett, säger Schubert.

"Oligosackarider med det nyupptäckta strukturmönstret känns lätt igen av andra molekyler med hjälp av lås- och nyckelprincipen, eftersom en stel, oflexibel struktur förenklar molekylär igenkänning, " säger Schubert. Denna lås- och nyckelprincip i oligosackarider är särskilt viktig när det gäller immunsystemets molekyler och stamceller. De nya rönen hjälper till att bättre förstå interaktionerna mellan sådana molekyler.

Finns i många sockermolekyler

Strukturbiologer använder ofta datorprogram för att bestämma den tredimensionella strukturen hos molekyler. "Denna programvara måste nu utökas för att ta hänsyn till det nya sekundära strukturelementet oligosackarid, säger Schubert.

Forskarna vid ETH Zürich, Universitetet i Basel och Ecole Normale Supérieure i Paris upptäckte det nya strukturella elementet genom kärnmagnetisk resonansspektroskopi i två blodgruppsoligosackarider och fyra andra oligosackarider. Dock, forskarna antar att det strukturella elementet också förekommer i många andra cellyte- och proteinoligosackarider. De hittade bevis för sådana mönster i mer än 200 oligosackarider i en proteinstrukturdatabas.