Oligosachariden – ketens van suikerbouwstenen – zijn essentieel voor biologische cellen. Wetenschappers hadden gedacht dat deze moleculen vrij mobiel waren, maar een internationaal onderzoeksteam heeft nu aangetoond dat zulke suikermoleculen starre structuren kunnen vormen, voorheen alleen gevonden in DNA en eiwitten.

Oligosachariden - ketens van suikerbouwstenen - zijn enkele van de belangrijkste moleculen in levende wezens. Ze vormen een groot deel van het celoppervlak en dragen bij aan het vermogen van het immuunsysteem om de lichaamseigen cellen te onderscheiden van ziekteverwekkers of andere vreemde cellen. Oligosachariden op het oppervlak van bloedcellen bepalen ook onze bloedgroep en veel eiwitten dragen aanhangsels van oligosachariden, die essentieel zijn voor de eiwitfunctie.

Wetenschappers hadden eerder gedacht dat deze suikermoleculen vrij mobiel waren en geen starre structuren vormden. Stijve driedimensionale moleculaire structuren – door experts aangeduid als secundaire structuren – waren alleen gevonden in DNA, waarin de moleculen een dubbele helix vormen, en in eiwitten, waarin deelgebieden vaak spiralen of kleine oppervlakken vormen met de structuur van gegolfd metaal.

Echter, een internationaal onderzoeksteam heeft nu zulke secundaire structuren gevonden in oligosachariden. "We konden aantonen dat de structuur van bepaalde oligosachariden die de basisbouwsteen fucose bevatten een karakteristieke stijfheid hebben, " legt Mario Schubert uit, hoofd van het onderzoeksteam. Schubert was een aantal jaren verbonden aan de ETH Zürich en werkt nu aan de Universiteit van Salzburg.

Stabiele opstelling

Het nieuw ontdekte secundaire structurele element bepaalt hoe de drie suikerbouwstenen in het oligosacharide ruimtelijk verwant zijn:de eerste bouwsteen - het suikertype fucose - en de derde bouwsteen zijn parallel aan elkaar gestapeld, terwijl het middelste blok haaks op de andere twee staat. Deze structuur wordt gestabiliseerd door een chemische waterstofbinding tussen het eerste en derde blok.

Deze structuur, bestaande uit drie blokken, is een relatief kleinschalige moleculaire eenheid. In vergelijking, spiraalvormige secundaire structuren in eiwitten kunnen zich uitstrekken over enkele tientallen eiwitbouwstenen.

dogma weerlegd

Tot nu toe gingen wetenschappers ervan uit dat de waterstofbruggen tussen oligosacharide-bouwstenen erg zwak waren en dus verwaarloosbaar waren. De heersende opvatting was dat er geen secundaire structuren bestonden in oligosachariden. "Ons werk laat nu zien dat er rekening moet worden gehouden met bepaalde waterstofbruggen. Als een klein puntje van de schaal, ze kunnen aanzienlijk helpen bij het dwingen van de suikerbouwstenen in een stijf korset, ', zegt Schubert.

"Oligosachariden met het nieuw ontdekte structurele patroon worden gemakkelijk herkend door andere moleculen met behulp van het slot-en-sleutelprincipe, omdat een stijve inflexibele structuur vereenvoudigt moleculaire herkenning, ", zegt Schubert. Dit slot-en-sleutelprincipe in oligosachariden is vooral belangrijk in het geval van immuunsysteemmoleculen en stamcellen. De nieuwe bevindingen helpen om de interacties van dergelijke moleculen beter te begrijpen.

Aanwezig in veel suikermoleculen

Structuurbiologen gebruiken vaak computerprogramma's om de driedimensionale structuur van moleculen te bepalen. "Deze software moet nu worden uitgebreid om rekening te houden met het nieuwe secundaire structurele element van oligosachariden, ', zegt Schubert.

De onderzoekers van ETH Zürich, De Universiteit van Basel en de Ecole Normale Supérieure in Parijs ontdekten het nieuwe structurele element door middel van kernmagnetische resonantiespectroscopie in twee oligosachariden van de bloedgroep en vier andere oligosachariden. Echter, de wetenschappers gaan ervan uit dat het structurele element ook voorkomt in veel andere celoppervlak- en eiwitoligosacchariden. Ze vonden bewijs van dergelijke patronen in meer dan 200 oligosachariden in een eiwitstructuurdatabase.