I chimici LMU hanno progettato e sintetizzato una molecola elicoidale che riconosce e si lega specificamente a un disaccaride costituito da due unità di zucchero a cinque atomi di carbonio.

Professor Ivan Huc, chimico della LMU, che dirige un gruppo di ricerca dedicato allo studio della Chimica Supramolecolare Biomimetica, ha progettato e sintetizzato una struttura molecolare che presenta una tasca di legame elicoidale realizzata su misura per il riconoscimento e la cattura dello xilobiosio, un membro della classe dei disaccaridi dei carboidrati a cui appartiene anche lo zucchero (saccarosio). La sintesi e la caratterizzazione della molecola sono descritte nel nuovo numero di Angewandte Chemie . Gli editori hanno valutato il lavoro come un "documento molto importante, " una distinzione che viene accordata a meno del 5% di tutti i rapporti pubblicati sulla rivista.

La ricerca di Huc è giustamente caratterizzata dal termine "biomimetico". Cerca ispirazione per la sintesi di sostanze chimiche con proprietà leganti specializzate nei principi che stanno alla base dell'organizzazione dei biopolimeri. Biopolimeri, come proteine, acidi nucleici e polisaccaridi, tipicamente contengono diversi tipi di subunità, la cui sequenza e disposizione spaziale ne determinano le caratteristiche strutturali e funzionali. Le creazioni di Huc, che chiama foldamer, sono basate in modo simile su un piccolo insieme di subunità sintetiche, che possono essere facilmente modificati per scopi specifici. Le subunità sono in gran parte costituite da anelli aromatici rigidi e planari, e sono assemblati, un po' come i mattoncini Lego, in polimeri lineari la cui forma elicoidale ricorda quella delle eliche presenti nel DNA e nelle proteine. L'obiettivo del nuovo studio, che è stato realizzato in collaborazione con i colleghi dell'Università di Bordeaux (dove Huc aveva sede prima di trasferirsi alla LMU nel 2017), era quello di utilizzare questo approccio per progettare un foldamer in grado di legarsi selettivamente ai saccaridi nei solventi organici.

Le proprietà leganti lo zucchero del foldamer risultante, che consiste di 18 subunità di sette diversi tipi, sono stati testati mediante incubazione con diversi disaccaridi, e si è scoperto che la molecola si lega in modo rilevabile solo allo xilobiosio. L'analisi della struttura cristallina del complesso ha confermato che il foldamer elicoidale incapsula completamente il disaccaride all'interno della sua cavità interna. Inoltre, il disaccaride legato assume una conformazione insolita con i suoi ossidrili in posizione assiale, in modo tale che i due anelli di zucchero siano impilati uno sopra l'altro.

Il legame è dovuto alla formazione di una rete di legami idrogeno tra gli zuccheri ei gruppi funzionali che sporgono dalla parete interna del foldamer elicoidale. Infatti, molti di questi legami sono mediati da molecole d'acqua all'interno della cavità stessa. Ciò riflette il fatto che il recettore è stato appositamente progettato per fornire spazio più che sufficiente per la sua molecola ospite. E testimonia la precisione con cui il concetto di Huc di progettazione molecolare "dai primi principi" può essere attuato nella pratica.

"Siamo riusciti a costruire un recettore selettivo solo con la conoscenza dei principi di base che regolano le proprietà di ripiegamento e riconoscimento molecolare di questi composti, " afferma Ivan Huc. I prossimi passi includono l'estensione del riconoscimento dei saccaridi a un mezzo acquoso, e trasformare tali recettori elicoidali in sensori, ad esempio utilizzando la fluorescenza, per la quantificazione e l'imaging dei saccaridi nei sistemi viventi.