Евро-Азиатский институт образовательных технологий Eurasian Institute of educational technologies
Friday, 2020-09-18, 6:55 PM
Site menu
Section categories
Археология- Аrcheology
Ботаника- Вotany
География- Geography
Зоология- Zoology
История- Нistory
История науки- Нistory of science
Медицина- Мedicine
Образование- Education
Общая биология- General biology
Общество- Society
Палеонтология- Рaleontology
Право- Jurisprudence
Психология- Рsychology
Технологии- Technology
Физика- Physics
Химия- Сhemistry
Экология- Еcology
Экономика- Еconomy
Our poll
Выберите научные направления, которые интересны Вам / Select the science areas that you interest in
Total of answers: 2570
Statistics

Total online: 1
Guests: 1
Users: 0

8:45 AM
Синтезирован рекордно сложный полисахарид из 92 структурных звеньев / Record of the synthesized complex polysaccharide of the 92 units

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 арабинозы5H10O5) и 30 молекул галактозы (C6H12O6). Для получения 30 миллиграмм этого полисахарида в лаборатории ученым потребовалось 35 стадий синтеза и два с половиной года. Рисунок Аркадия Курамшина

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.

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.

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

 

Fig. 1. Polysaccharide-record consists of 92 monosaccharide residues (Pentagon marked each residue). The bacterium Mycobacterium tuberculosis collects one molecule of such a polysaccharide of 62 molecules of arabinose (С5Н10О5) and 30 molecules of galactose (C6H12O6). To get 30 milligrams of the polysaccharide in the laboratory scientists took 35 stages of synthesis and two-and-a-half years. Figure of Arcadiy Kuramshin

 

Scientists from China have synthesized a record-complex polysaccharide — arabinogalactan, consisting of 92 monosaccharide units. Optimized methods allowed for the synthesis of more complex compounds. Artificially synthesized polysaccharides also can be used for different drug trials, in this case against tuberculosis: arabinogalactan is part of the cell wall of the Bacillus.

For organic chemists the past week was the anniversary: April 10, they celebrated the centenary of the birth of Robert burns Woodward, the genius of the synthesis of natural compounds. The laboratory staff E Professor Hsin Shan (Hsin-Shan E) of Peking University celebrates the anniversary of the Woodward met new achievement: they got the item, much more massive and complex in structure than ever was sintezirovany in the walls of the laboratories.

The substance record- arabinogalactan — interestingly not so much the fact that it is composed of 92 monosaccharide fragments, but primarily in that it is an important component of the cell walls of the bacteria Mycobacterium tuberculosis, or Koch's Bacillus, the causative agent of tuberculosis. Anti-tuberculosis drug ethambutol inhibits the growth of bacteria by blocking the biosynthesis of arabinogalactan. The results of the work So that the Chinese chemists-synthetics are important for the development of new, more effective anti-TB drugs, as well as for better understanding of the mechanism of biosynthesis of cell walls in mycobacteria, including M. tuberculosis.

Despite the fact that the structure of polysaccharides is much simpler than the structure of proteins and nucleic acids, we know about these natural high-molecular compounds is much less than for proteins, DNA and RNA. The reason for such gaps — in an extremely small content of polysaccharides in the cell, which naturally leads to difficulties with the allocation of these carbohydrates of living tissue and even greater difficulties with the determination of their structure. And this, in turn, makes almost impossible the study of oligo - and polysaccharides as the molecular targets for the development of pharmacologically active compounds.

Low content of carbohydrates in living organisms leads to the fact that for the study of these substances they have synthesized in a lab, but the problem is that particularly interesting and elusive for biochemists polysaccharides can contain at tens of monosaccharide residues. Synthesis of large carbohydrates is complicated not only by their size. Sometimes they have an elaborate structure, therefore, when the synthesis is necessary to ensure that the reactions involved a single "correct" reactionary group of the original monosaccharide of four or five fragments having approximately the same activity (see Regioselectively), and the reaction formed a "correct" mirror isomer (see Stereoselectivity). For this laboratory practice is necessary to resort to the tedious and numerous manipulations for the introduction and removal of protective groups; at the same time as the final product of synthesis, and the intermediate substance is very difficult to clean.

Chemists began trying for the synthesis of complex polysaccharides of two and a half decades ago. In 1993, Japanese scientists have synthesized a carbohydrate consisting of twenty five monosaccharide units (available starting with 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). Long synthetic this achievement has remained a record until 2000-ies was not synthesized polysaccharides containing 30 and 40 monosaccharide residues. But record until recently was considered the synthesis of carbohydrate conducted in the laboratory of Professor Peter Seeberger (Peter H. Seeberger), Director of Institute of colloidal systems max Planck. Researchers from Germany have got a linear polysaccharide consisting of 50 monosaccharide units.

It should be noted that the new record — arabinogalactan from the cell wall of mycobacteria is not only almost two times more polysaccharide of Seeberger the number of links, but its structure is much more complex, primarily due to the branching. To this difficult connection of chemists from Peking University have succeeded in successfully applying the previously developed synthetic methods and techniques. The researchers have optimized methods for the synthesis of five-, six - and semisonic of oligosaccharides from simple sugars — arabinose and galactose, and then combined these short oligosaccharides, having a 30-unit chain galactan (fragment, consisting only of chains of galactose) and two identical 31-segment chain arabinan (fragment, consisting only of arabinose units), of which the concluding stages and was targeted 92-unit of arabinogalactan. For the total synthesis of carbohydrate — all operations connected with preparation, isolation and purification of intermediate compounds, the team took two and a half years.

Laboratory synthesis of this carbohydrate shows that to a natural compound with this mass and a complex structure outside a living cell is possible. Obtaining arabinogalactan not only opens the possibility of recreating in the laboratory the other, no less complex polysaccharides, but will also allow you to experiment with synthetic oligo - and polysaccharides with the aim of developing new drugs.

Source: 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.

Arkady Kuramshin

 

Category: Химия- Сhemistry | Added by: zvonimirveres
Log In
Search
Calendar
«  April 2017  »
SuMoTuWeThFrSa
      1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
30
Организации / Оrganizations
Полезные ссылки / Useful links