Ученые установили влияние связей между звеньями полисахаридов на их пространственную структуру
На поверхности клеток бактерий и грибков находятся длинные углеводные молекулы – полисахариды. Фрагменты этих молекул, называемые олигосахаридами, могут использоваться для создания вакцин, защищающих организм человека от грибковых и бактериальных возбудителей инфекции. Ученые из Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН изучили строение особой группы олигосахаридов и выяснили, что делает их более подвижными. Затем та же группа изучила свойства полисахаридов с поверхности дрожжей Kuraishia capsulata.
Для исследования олигосахаридов с фосфатными мостиками между звеньями существующие методики не годятся, потому что фосфатный остаток больше кислорода, и при таком типе соединения расстояния между атомами соседних звеньев слишком велики. Тем не менее, ученым из Института органической химии РАН удалось зарегистрировать так называемые ядерные эффекты Оверхаузера между ядрами водорода в звеньях олигосахаридов с фосфатными мостиками.
«Регистрация ядерных эффектов Оверхаузера – это одна из методик магнитного резонанса, которая позволяет узнавать усредненные расстояния между двумя атомами в молекуле, – поясняет кандидат химических наук Алексей Гербст, старший научный сотрудник Лаборатории химии гликоконъюгатов ИОХ РАН. – Если мы через магнитное поле воздействуем на частоту одного из атомных ядер, это порождает изменения в интенсивности сигналов других ядер, и величины этих изменений определенным образом зависят от расстояния между ними».
Такое влияние ядер друг на друга помогает определять структуру и форму биологических молекул в растворе. Однако спектры ЯМР дают информацию не об одной-единственной молекуле, а об усредненном поведении всех молекул в образце. Вклад отдельных молекул в это состояние вычислить так же непросто, как оценить состояние каждого пациента по средней температуре по больнице. Поэтому, чтобы определить структуру отдельных подвижных молекул раствора, ученые применили компьютерное моделирование, установившее высокую подвижность углеводных цепей, звенья которых соединены фосфатными мостиками. Причина этой подвижности заключается в двух дополнительных связях в фосфате, вокруг которых возможно свободное вращение. Эти данные можно далее использовать для моделирования трехмерной структуры природных полисахаридов. Одним из таких соединений стал фосфоманнан, находящийся в составе клеточной стенки дрожжей Kuraishia capsulata. Поскольку дрожжи родственны патогенным грибкам, знания об их полисахаридах можно применить и в работе с молекулами на поверхности клеток грибков рода Candida, вызывающих поражения кожи. Также данные о подвижности фосфатных мостиков очень полезны для моделирования олигосахаридов с нужными свойствами, в том числе способных взаимодействовать с конкретными белковыми рецепторами.
Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда. Научные статьи о работе опубликованы в Scientific Reports и Carbohydrate Polymers.