Les glucides sont des molécules complexes, difficile à synthétiser en laboratoire, mais cela est utile pour étudier les sucres bénéfiques tels que ceux trouvés dans le lait maternel humain, ou permettre aux chercheurs d'adapter la structure chimique des candidats médicaments, vaccins et produits naturels.

Des chimistes de l'Université du Michigan ont mis au point une méthode simple de synthèse des glucides qui élargit la gamme des laboratoires pouvant utiliser la chimie de synthèse pour générer et étudier de nouvelles structures glucidiques. Leurs résultats sont publiés dans le Journal de l'American Chemical Society .

"Acides nucléiques, protéines, et les glucides sont trois des éléments de base que vous apprenez dans vos cours de biologie, " a déclaré l'auteur principal John Montgomery, professeur de chimie et de chimie médicinale. "La chimie a été en mesure d'automatiser la préparation d'acides nucléiques et de protéines là où l'accès à ces structures est routinier, mais les glucides sont des ordres de grandeur plus difficiles à préparer. Des progrès incroyables sont réalisés dans l'automatisation de la synthèse des glucides, mais le fait demeure qu'il s'agit d'une chimie difficile qui freine les progrès de la glycobiologie."

Les glucides ont une grande diversité structurelle, motifs de branchement complexes, et architecture 3-D qui entravent la capacité des scientifiques à synthétiser les composés, dit Montgomery. En utilisant un groupe silicium pour pré-concevoir comment les glucides réagiront les uns avec les autres, la méthode de l'équipe U-M est capable de contrôler le schéma de ramification des glucides et de réduire les étapes nécessaires pour accéder à des structures plus complexes.

Par exemple, les molécules de glucides sont généralement constituées de carbone, hydrogène, atomes d'oxygène et parfois d'azote et gamme de longueur, les sucres à cinq et six carbones étant les plus répandus. La plupart des atomes de carbone ont un groupe alcool, qui peut être connecté au prochain glucide dans une myriade de modèles possibles.

"Cette fonction de branchement est ce qui rend la chimie de synthèse très fastidieuse car il faut contrôler la sélectivité entre quelle partie de la molécule va réagir avec la suivante, " a déclaré Montgomery.

Pour contrôler la façon dont ces groupes d'alcools associent les glucides, Montgomery et son équipe ont placé des "groupes protecteurs" de silicium sur des alcools sélectionnés dans un glucide.

"Normalement, les groupes protecteurs doivent être activés et désactivés pendant la synthèse, ajouter du temps et des coûts à la procédure. Notre stratégie est conçue pour que le groupe protecteur tombe naturellement pendant la réaction de couplage et chronométre la séquence de laquelle le groupe alcool réagit lorsque cela est souhaité, " dit Montgomery. " Par cette approche, on peut inverser la réactivité de deux alcools, ou nous pouvons prendre deux alcools qui auraient normalement une réactivité similaire et faire réagir l'un de manière sélective par rapport à l'autre sans étapes supplémentaires."

Puis, les chercheurs peuvent contrôler la stéréochimie des glucides (l'arrangement tridimensionnel de la molécule de glucides) en effectuant des réactions entre les glucides, soit intermoléculaires, soit intramoléculaires. Si la réaction est intermoléculaire, cela signifie que la réaction se produit entre deux molécules différentes. Si la réaction est intramoléculaire, cela signifie qu'une seule molécule est assemblée dans laquelle les deux sucres sont connectés par le silicium avant la réaction.

Le schéma de ramification et la stéréochimie du glucide ont un impact sur l'architecture tridimensionnelle globale du sucre, mais cet aspect structurel présente également des difficultés pour la synthèse des sucres.

Parce que les molécules de sucre sont si complexes, il y a "un nombre énorme de combinaisons statistiquement possibles si vous aviez cinq sucres, par exemple, " a déclaré Montgomery. " Le nombre peut se chiffrer en milliards de combinaisons, même pour ces chaînes glucidiques relativement courtes. Cette diversité est ce qui rend les glucides si spéciaux pour la reconnaissance moléculaire dans la nature, mais cela rend également la synthèse extrêmement difficile."

La méthode de l'équipe est particulièrement utile car l'utilisation de la fonction de contrôle du silicium permet aux chercheurs de réduire le nombre de réactions séparées pour former une chaîne de glucides en une seule étape. Dans cette approche, l'élément de contrôle de silicium permet aux réactions de se produire avec trois sucres différents dans la séquence appropriée afin qu'un trisaccharide puisse être synthétisé en une seule étape de synthèse. Ces petits groupements peuvent ensuite être connectés davantage pour accéder à des chaînes plus complexes de manière très rapide.

"Vous pouvez mettre en place plusieurs possibilités réactives et les faire cascader dans le bon ordre, " a déclaré Montgomery. " Des choses que vous auriez normalement exécutées dans une série de réactions séparées - nous pouvons utiliser cet élément de contrôle en silicium pour que tout se passe en même temps dans le ballon de réaction. Nous améliorons encore cet aspect avec de nouvelles structures de catalyseur, mais je pense que la stratégie a le potentiel d'être très puissante."

Collaborateur informatique Paul Zimmerman, co-auteur de l'étude et professeur de chimie, fournit des informations sur le fonctionnement du processus et sur la manière de l'améliorer.

Finalement, les méthodes traditionnelles de liaison des glucides sont très sensibles à l'eau et à la température. La méthode de l'équipe U-M utilise des réactifs commerciaux qui peuvent être utilisés sans purification ni séchage pour induire des réactions chimiques, et a effectué toutes ses procédures à température ambiante.

La recherche de Montgomery a été soutenue par le programme Glycoscience du National Institutes of Health Common Fund. Le Fonds commun a été créé pour fournir une attention interdisciplinaire aux défis scientifiques de la recherche biomédicale. Montgomery et U-M ont déposé une demande de brevet provisoire sur ce travail.