Più inflessibile del previsto

Le molecole composte da blocchi di zucchero collegati tra loro, i cosiddetti oligosaccaridi, sono tra le molecole più importanti degli organismi viventi. Costituiscono gran parte della superficie delle cellule e aiutano il sistema immunitario, ad esempio, a distinguere le cellule dell'organismo dagli agenti patogeni e da altre cellule estranee. Gli oligosaccaridi sulla superficie delle cellule del sangue determinano anche il nostro gruppo sanguigno. Anche molte proteine presentano appendici di oligosaccaridi, essenziali per il funzionamento delle proteine.

Finora gli scienziati pensavano che queste molecole di zucchero fossero liberamente mobili e non formassero forme rigide. Le strutture molecolari tridimensionali rigide - chiamate dagli esperti strutture secondarie - erano conosciute in precedenza solo dal DNA, la cui molecola forma una doppia elica, e dalle proteine, le cui sottoregioni spesso formano spirali o piccole aree con strutture di lamiera ondulata.

Tuttavia, un team internazionale di ricercatori ha ora trovato tali strutture secondarie anche negli oligosaccaridi. "Siamo riusciti a dimostrare che la struttura di alcuni oligosaccaridi che contengono il blocco di base fucosio contiene un caratteristico irrigidimento", spiega il capo del team di ricerca, Mario Schubert. Lo scienziato ha fatto ricerca all'ETH di Zurigo per molto tempo e ora lavora all'Università di Salisburgo.

Disposizione stabile

L'elemento strutturale secondario appena scoperto determina la relazione spaziale tra tre blocchi di zucchero collegati tra loro nell'oligosaccaride: Il primo blocco - il tipo di zucchero fucosio - e il terzo sono stratificati parallelamente l'uno all'altro, mentre il blocco centrale si trova ad angolo retto rispetto agli altri due. Questa struttura è stabilizzata da un legame chimico a idrogeno tra il primo e il terzo blocco di zucchero.

Questa struttura, che si estende su tre blocchi di costruzione, è un modello molecolare di scala relativamente piccola. A titolo di confronto: le strutture secondarie a spirale nelle proteine possono estendersi su diverse decine di blocchi di costruzione proteici.

Dogma confutato

Finora gli scienziati hanno ritenuto che i legami a idrogeno tra i blocchi di costruzione degli oligosaccaridi avessero solo un effetto molto debole e potessero quindi essere trascurati. La dottrina prevalente era che negli oligosaccaridi non si formano strutture secondarie. "Nel nostro lavoro dimostriamo che alcuni legami idrogeno devono essere presi in considerazione. Possono giocare un ruolo chiave nel far pendere l'ago della bilancia e costringere i blocchi di zucchero in un rigido corsetto", afferma Schubert.

"Gli oligosaccaridi con il nuovo modello strutturale scoperto sono riconosciuti particolarmente bene da altre molecole secondo il principio del lock-and-key, perché una struttura rigida e inflessibile semplifica il riconoscimento molecolare", spiega Schubert. Questo riconoscimento "lock-and-key" degli oligosaccaridi è particolarmente importante per le molecole del sistema immunitario e delle cellule staminali. La nuova scoperta aiuta a comprendere meglio le interazioni di queste molecole.

Presente in molte molecole di zucchero

I biologi strutturali utilizzano spesso programmi informatici per determinare la struttura tridimensionale delle molecole. "Questo software deve ora essere integrato in modo da tenere conto anche del nuovo elemento di struttura secondaria degli oligosaccaridi", afferma Schubert.

I ricercatori dell'ETH di Zurigo, dell'Università di Basilea e dell'Ecole normale supérieure di Parigi hanno utilizzato la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare per rilevare il nuovo elemento strutturale in due oligosaccaridi del gruppo sanguigno e in altri quattro oligosaccaridi. Tuttavia, gli scienziati presumono che l'elemento strutturale sia presente in molti altri oligosaccaridi della superficie cellulare e delle proteine. In un database di strutture proteiche, hanno trovato prove di tali modelli in Chi siamo.