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Dulces de la naturaleza: Tomando prestada una receta natural para la síntesis de azúcar


Hoy en día, el azúcar tiene una reputación villana. Y mientras que se deben evitar muchas de las cosas dulces, todos los seres vivos necesitan azúcar para sobrevivir. «El universo biológico está cubierto de azúcares», dijeron Samuel M. Levi y Qiuhan Li, estudiantes graduados en el Departamento de Química y Biología Química de la Universidad de Harvard. 


Universidad de Harvard.

«Las células, las bacterias, los virus y otros organismos utilizan los azúcares como un medio de comunicación, reconocimiento e incluso defensa». La naturaleza, literalmente, se ejecuta en azúcares.

Sin embargo, como los nutricionistas demasiado entusiastas, los químicos sintéticos generalmente evitan los azúcares. Nature, un químico experto, puede cambiar los dulces de una molécula a otra con una delicadeza envidiable. Pero en el laboratorio, los científicos luchan por unir solo una molécula de azúcar a otra unidad química, un proceso conocido como glicosilación. Los investigadores confían en este método para estudiar procesos biológicos y crear sustancias tan importantes como los productos farmacéuticos y las vacunas.

Según Levi y Li, «existen muchos métodos para realizar la glicosilación química, [pero] su uso permanece reservado para los expertos en química de carbohidratos». Entonces, para ampliar esta experiencia a los no especialistas, el equipo buscó orientación en la naturaleza.

Por su propia cuenta, la naturaleza lleva a cabo la glicosilación, y también produce ADN, ARN, proteínas y otros polímeros con la ayuda de fosfatos. Para inducir glicosilaciones en el laboratorio, la mayoría de los químicos sintéticos eligen haluros y sulfinatos más rápidos para reaccionar en lugar de fosfatos. Entonces, mientras que la elección de la naturaleza puede ser lenta para reaccionar, son mucho más estables que las pruebas de laboratorio. Además, las enzimas, las pequeñas chispas que encienden una reacción, pueden reconocer fácilmente los monómeros de fosfato, acelerando el camino hacia la reacción y el producto.

Pero, hasta hace poco, los investigadores no han podido capitalizar estas ventajas naturales. Si un ingrediente tarda en reaccionar, los químicos le dan un empujón, a menudo en forma de calor, energía o un catalizador bien diseñado . Los fosfatos necesitan un empujón; y, sin un catalizador adecuado, los científicos suelen usar temperaturas altas y volátiles. Fuera del laboratorio, las reacciones naturales utilizan fosfatos sin el feroz alboroto, pero como un chef orgulloso, la naturaleza guarda bien sus secretos químicos. Ahora, en un artículo publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias , Eric Jacobsen, profesor de química y biología química, junto con Levi, Li y Andreas R. Rötheli, han desenterrado un secreto natural: un «hidrógeno diseñado con precisión». catalizador donador de bonos «.

El equipo descubrió que, con este catalizador resistente, el fosfato se une «19 veces más fuerte que el cloruro», otro ingrediente común de la reacción. Y puede unir azúcares a aminoácidos , productos naturales y moléculas de medicamentos «en condiciones suaves, neutrales y fáciles de usar», explicaron Levi y Li. Con su método, el catalizador proporciona un empujón necesario pero suave, que incita al fosfato a ponerse a trabajar.

Hay, como siempre, limitaciones al método: a veces, necesita ser mimado con condiciones de reacción y sustratos personalizados. Además, requiere el uso de un catalizador bastante complicado por estándares de moléculas pequeñas, uno que requiere más de 10 pasos de laboratorio para sintetizar.

En el futuro, el equipo planea expandir el repertorio de su método para incluir nuevos tipos de azúcares, especialmente los más tercos de su clase (manósidos, ramnósidos y furanosas, por ejemplo). Para compartir su secreto (y el de la naturaleza), también pretenden comercializar los catalizadores, lo que permite un uso generalizado. Mientras tanto, su método podría crear azúcares que proporcionen beneficios biomédicos cruciales, como nuevas vacunas y medicamentos para tratar numerosos trastornos y enfermedades humanas, incluso cánceres. Está claro que, como los químicos sintéticos, necesitamos azúcar. Demasiado puede dañar nuestra salud, pero la cantidad correcta podría ayudarnos a curarnos.

Más información: Samuel M. Levi el al., «Activación catalítica de fosfatos de glicosilo para reacciones de acoplamiento estereoselectivas», PNAS (2018). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1811186116 

Referencia del diario: Actas de la Academia Nacional de Ciencias.  

Proporcionado por: Harvard University

Información de: phys.org


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