LMU-kemister har designat och syntetiserat en spiralformad molekyl som specifikt känner igen och binder till en disackarid som består av två sockerenheter med fem kolatomer.

LMU kemist professor Ivan Huc, som leder en forskargrupp ägnad åt studiet av biomimetisk supramolekylär kemi, har designat och syntetiserat en molekylstruktur som har en spiralformad bindningsficka som är anpassad för att känna igen och fånga xylobios, en medlem av disackaridklassen av kolhydrater som socker (sackaros) också tillhör. Molekylens syntes och karakterisering beskrivs i det nya numret av Angewandte Chemie . Redaktionen har betygsatt verket som ett "mycket viktigt papper, " en distinktion som ges till mindre än 5% av alla rapporter som publiceras i tidskriften.

Hucs forskning kännetecknas träffande av termen "biomimetisk". Han söker inspiration för syntesen av kemikalier med specialiserade bindningsegenskaper i de principer som ligger till grund för organiseringen av biopolymerer. Biopolymerer, som proteiner, nukleinsyror och polysackarider, innehåller vanligtvis flera olika typer av underenheter, vars sekvens och rumsliga disposition bestämmer deras strukturella och funktionella egenskaper. Hucs skapelser – som han kallar foldamers – är på liknande sätt baserade på en liten uppsättning syntetiska underenheter, som lätt kan modifieras för specifika ändamål. Underenheterna består till stor del av stela och plana aromatiska ringar, och sätts ihop, snarare som legoklossar, till linjära polymerer vars spiralform påminner om den hos de spiraler som finns i DNA och proteiner. Målet med den nya studien, som genomfördes i samarbete med kollegor vid Bordeaux University (där Huc var baserad innan han flyttade till LMU 2017), skulle använda detta tillvägagångssätt för att designa en foldamer som kan selektiv sackaridbindning i organiska lösningsmedel.

Sockerbindande egenskaper hos den resulterande foldamer, som består av 18 underenheter av sju olika typer, testades genom inkubation med flera disackarider, och molekylen befanns binda detekterbart endast till xylobios. Analys av komplexets kristallstruktur bekräftade att den spiralformade foldameren helt inkapslar disackariden i dess inre hålighet. Dessutom, den bundna disackariden antar en ovanlig konformation med sina hydroxyler i axiell position, så att de två sockerringarna staplas över varandra.

Bindning beror på bildandet av ett nätverk av vätebindningar mellan sockerarter och funktionella grupper som skjuter ut från den inre väggen av spiralformad foldamer. Verkligen, flera av dessa bindningar förmedlas av vattenmolekyler i själva kaviteten. Detta återspeglar det faktum att receptorn avsiktligt utformades för att ge mer än tillräckligt med utrymme för sin gästmolekyl. Och det vittnar om precisionen med vilken Hucs koncept för molekylär design "från första principer" kan implementeras i praktiken.

"Vi lyckades konstruera en selektiv receptor endast med kunskap om de grundläggande principerna som reglerar vikningar och molekylära igenkänningsegenskaper för dessa föreningar, " säger Ivan Huc. Nästa steg inkluderar att utöka sackaridigenkänningen till ett vattenhaltigt medium, och att omvandla sådana spiralformade receptorer till sensorer, till exempel med fluorescens, för sackaridkvantifiering och avbildning i levande system.