3
Capitolo 2 : Il ruolo biologico dei carboidrati.
Fino ad alcuni decenni fa i carboidrati erano considerati, assieme a lipidi, proteine e acidi nucleici,
essenziali alla vita, ma veniva ad essi attribuita solamente una funzione strutturale, protettiva o di
accumulo di energia. Lo sviluppo delle tecniche analitiche e strumentali nell'ultimo decennio ha
dato un notevole impulso all'interesse nei confronti di questa classe di composti. Particolarmente
degna di nota si è rivelata nello studio dei carboidrati, l'influenza della forma e della conformazione
sulle loro proprietà chimiche, fisiche e biologiche. Si è iniziato col determinare esattamente la
struttura e la configurazione degli zuccheri conosciuti e si è arrivati a scoprirne e a sintetizzarne
altri. A differenza degli amminoacidi nelle proteine e dei nucleotidi negli acidi nucleici, le unità
monomeriche dei carboidrati, combinandosi, possono dare luogo ad un notevole numero di
composti grazie alla possibilità di legarsi in varie posizioni nonché alle due possibili configurazioni
α e β. Questa varietà strutturale ha portato all'ipotesi che le strutture oligo- e polisaccaridiche siano,
assieme ad acidi nucleici e proteine, responsabili della trasmissione delle informazioni nei processi
biologici fondamentali.
1
Cellula
Tossina
Virus
Batterio
Glicoproteina
Ormone
Particolarmente interessanti sotto questo punto di vista si sono dimostrate le glicoproteine e i
glicolipidi, rispettivamente macromolecole in cui i carboidrati sono legati covalentemente a proteine
e a lipidi; la loro specificità nei confronti di strutture complementari li rende di fondamentale
importanza nel riconoscimento cellulare e nell'interazione della cellula con l'ambiente.
2
Le
Figura 1. I
carboidrati
presenti sulla
superfi-cie di una
cellula ser-vono
da punti di at-
tacco per altre
cellule, batteri
infettivi, virus,
tossine, ormoni e
mol-te altre
molecole. In
questo modo essi
me-diano la
migrazione delle
cellule durante lo
sviluppo
embrionale, i
processi infettivi
d ltif i
4
glicoproteine possono essere classificate sulla base della natura del legame glicosidico che unisce la
catena oligosaccaridica con quella peptidica principale (spesso definita “core proteico”).
1) Glicoproteine N-linked: si formano quando un'unità di N-acetilglucosammina (GlcNAc) nella
catena saccaridica è legata al core proteico tramite l'atomo di azoto ammidico di un residuo di
asparagina. Questa è la classe principale che include
glicoproteine legate alla membrana e diffuse negli spazi extracellulari. Esistono tre grandi categorie
di glicoproteine N-linked: semplici (le cosiddette "high-mannose"), ibride e complesse. Esse hanno
in comune una struttura principale pentasaccaridica costituita da tre unità di mannosio e da due di
GlcNAc, ma differiscono per la composizone saccaridica delle ramificazioni.
2) Glicoproteine O-linked: coinvolgono il legame fra un'unità di zucchero e il gruppo ossidrilico di
un residuo di serina, treonina, idrossilisina o idrossiprolina. Esempi importanti sono costituiti
dalle mucine, dai proteoglicani e dal collagene (Figura 2).
Le interazioni tra i carboidrati sulla superficie cellulare si sono rivelate particolarmente importanti
in vari fenomeni quali lo sviluppo embrionale, il legame tra ormoni e recettori, nei fenomeni
immunitari, nell'adesione dei globuli bianchi (e in modo simile nelle cellule tumorali) all' endotelio
dei vasi sanguigni.
Al fine di comprendere meglio le basi del riconoscimento cellulare e il ruolo svolto dai carboidrati
in tale meccanismo, è opportuno approfondire il processo di adesione dei leucociti all'endotelio dei
vasi sanguigni. I leucociti (linfociti, monociti, neutrofili) rappresentano i componenti più attivi del
sistema immunitario. Essi agiscono in risposta a reazioni infiammatorie attaccando gli agenti
estranei presenti negli spazi extravascolari. Perché questo avvenga è necessario che i leucociti
presenti all'interno dei vasi sanguigni siano trasportati in tali spazi. Questo processo inizia con
l'attacco da parte dei leucociti alla parete dell'endotelio; si dice che i leucociti "rotolano" sulla parete
del vaso anziché scorrere liberi nel torrente circolatorio, quindi essi abbandonano il vaso aprendosi
un varco tra le cellule endoteliali adiacenti. Il riconoscimento estremamente preciso tra cellule
endoteliali e globuli bianchi è mediato da una famiglia di lectine chiamate selectine o LEC-CAMs
3
(leukocyte endothelial cell-cell adhesion molecules).
5
Figura 2
LINKAGES OF Structure Occurrence
N-acetylglucosamine to
asparagine
O
CH
2
OH
OH
OH
NHAc
NH CO C
H
2
Glycoproteins in
animals, plants
and
microorganisms.
N-acetylgalactosamine
to serine (R = H) or to
threonine (R = CH
3
)
O
CH
2
OH
OH
OH
NHAc
O CHR
Glycoproteins in
anomals and
yeast
Xylose to serine
O
OH
OH
O C
H
2
OH
Proteoglycans,
human
thyroglobulin
Galactose to
hydroxylysine
O
CH
2
OH
OH
OH
NHAc
NH CO C
H
2
Collagens
Arabinose to
hydroxyproline
N
O
OH
OH
OH
O
Plant and algal
glycoproteins
Le selectine sono proteine asimmetriche spesso glicosilate costituite da tre domini principali: un
dominio àncora la molecola alla membrana cellulare, il secondo costituisce la maggior parte della
molecola, il terzo si affaccia all'estremità extracellulare ed è generalmente legato a catene di
carboidrati che conferiscono alle selectine importanza fondamentale nel processo di interazione
cellulare. Particolarmente interessante risulta l'azione dei linfociti che escono dai vasi sanguigni e si
dirigono verso tutti gli organi linfatici alla ricerca di antigeni estranei. I linfociti aderiscono
dapprima a dei vasi submicroscopici specializzati che sono le venule endoteliali maggiori. Tale
adesione è mediata da una glicoproteina presente sulla membrana del linfocita denominata selectina
L o “homing receptor”, che possiede una catena di tipo carboidratico in grado di riconoscere e
legare la struttura del carboidrato endoteliale che consiste in un tetrasaccaride denominato Lewis X
(NeuAc- -(2,3)-Gal- -(1,4)-[Fuc- -(1,3)]-GlcNac), spesso sialilato: SLe
X
.
4
Alla famiglia delle
selectine appartengono anche la selectina E e la P. La selectina E è espressa sulla superficie delle
6
cellule endoteliali poche ore dopo la stimolazione da parte dell'interleuchina 1 e del fattore di
necrosi tumorale a. La P selectina è invece già presente nelle cellule endoteliali e pochi minuti dopo
l'esposizione della cellula a trombina, istamina o radicali perossidi essa viene trasportata sulla
superficie della cellula. Il gruppo SLe
X
serve come comune legante per tutte e tre le selectine ed è
un componente di glicosfingolipidi e glicoproteine che vengono trovate anche sulla superficie della
membrana dei leucociti. L'importanza di tale gruppo oligosaccaridico per l'adesione dei leucociti è
stata recentemente sottolineata con la scoperta della malattia ereditaria denominata leukocyte
adhesion deficiency type 2. Un difetto nella biosintesi del gruppo SLe
X
impedisce ai leucociti di
aderire all'endotelio e quindi di migrare nella zona di infiammazione. Pazienti con tale malattia
soffrono di continue infezioni batteriche. D'altra parte anche una eccessiva migrazione di leucociti
nell'area di infezione può causare danni gravi e cronici tra cui shock cardiogenico, trombosi,
reumatismi, psoriasi, dermatiti ed encefaliti. La formazione delle metastasi in un vasto numero di
tumori sembra associata all'espressione di SLe
X
e di altri oligosaccaridi ad esso strettamente
correlati presenti sulla superficie di membrana delle cellule tumorali ed all'interazione tra questi
gruppi e le selectine endoteliali.
5
Oltre alle selectine, che svolgono un ruolo primario nel riconoscimento cellulare leucocita-cellula
endoteliale, anche le integrine e le immunoglobuline hanno un'importanza fondamentale come
recettori, nonostante esse svolgano il loro compito in una fase successiva.
4,5,6
Lo stesso meccanismo si può riscontrare nelle infezioni batteriche, in quanto le molecole che
rivestono virus, batteri e tossine mimano le strutture carboidratiche tipiche della superficie della
cellula ospite oppure sfruttano la capacità dei recettori della cellula ospite di riconoscere e legare
strutture complementari. Si ipotizza che siano proprio le lectine presenti sulla superficie batterica ad
interagire con le catene oligosaccaridiche della membrana plasmatica della cellula ospite. Le lectine
sono in grado di distinguere sia tra diversi monosaccaridi che tra diversi oligosaccaridi e la
specificità di legame è tale che differenti batteri possono formare legami con parti diverse dello
stesso carboidrato. Data la natura dell'adesione dei batteri alla superficie della cellula ospite, si sta
considerando seriamente l'impiego di carboidrati nella prevenzione e nella terapia di questo genere
di patologie. I carboidrati utilizzati a tale scopo dovrebbero intercettare i batteri patogeni prima che
raggiungano i tessuti bersaglio. Alternativamente si può ottenere lo stesso risultato utilizzando degli
agenti che si leghino competitivamente sia alla lectina batterica che al carboidrato di superficie della
cellula ospite.
4,6d
7
abc
Cellula
Carboidrati
di superficie
Lectina
Batterio
Farmaco
a base di
carboidrati
Farmaco
a base di
molecole
simili alle
lectine
Figura 4. (a). Una strategia per combattere
le infezioni consiste nel bloccare l’aggancio
dei batteri. Come preludio all’infezione, le
proteine di superficie dei batteri (le lectine)
si attaccano ai carboidrati di superficie delle
cellule di ospiti suscettibili. (b). Farmaci
con-
tenenti carboidrati analoghi potrebbero
impedire l’aggancio legandosi alle lectine.
(c). In alternativa, farmaci costituiti da
molecole simili alle lectine potrebbero avere
lo stesso effetto occupando, senza nuocere, i
siti di legame sui carboidrati.
Come già detto numerose sono le funzioni biologiche attribuite alle glicoproteine: in
particolare, uno dei principali ruoli svolti dagli oligosaccaridi sembra sia quello di
proteggere la catena polipeptidica da una proteolisi incontrollata e di modulare, mediante
selettivi processi di glicosidazione/deglicosidazione, l'attività biologica della glicoproteina.
Le glicoproteine di membrana e delle vescicole di secrezione contengono diversi gruppi solfato
sulle catene oligosaccaridiche N-linked: tali proteine includono gli ormoni della ghiandola
pituitaria, le tiroglobuline e le molecole di adesione cellulare.
La specifica funzione biologica dei gruppi solfato su oligosaccaridi N-linked non è nota, ma si
pensa che questi gruppi possano agire come segnali per regolare la secrezione di differenti ormoni
pituitari e che possano essere coinvolti nelle interazioni cellula-cellula e cellula-substrato.
2.1 PROCESSI DI GLICOSIDAZIONE
La reazione di glicosidazione consiste in un trasferimento di uno zucchero dal suo donatore attivato ad uno
specifico accettore .
Questa reazione è molto specifica considerando l’enzima, il donatore, l’accettore e il tipo di legame. Ciò
indica che il processo di glicosidazione è globalmente controllato dall’espressione del gene della specifica
glicosil transferasi
66
.
8
2.1.1 O-GLICOSIDAZIONE
La formazione di glicani O-glicosilati avviene attraverso addizioni sequenziali di ogni monosaccaride dal
corrispondente nucleoside donatore
66
. Il primo monosaccaride è trasferito su un residuo di serina o di
treonina nell’Apparato di Golgi o in un compartimento precedente. Ulteriori addizioni di monosaccaridi
avvengono mentre la proteina è trasportata all’interno dell’ Apparato di Golgi e attraverso il Trans Golgi.
2.1.2. N-GLICOSIDAZIONE
La N-glicosidazione è molto più complessa, partendo dal Reticolo Endoplasmatico, continuando negli
apparati di Golgi e del Trans Golgi. Nel reticolo endoplasmatico un 14-mer oligosaccaride potrebbe essere
preassemblato su un intermedio lipidico (un pirofosfodolicolo) e questo potrebbe essere, a sua volta,
trasferito ad un residuo di asparagina della proteina nascente. Nell’apparato di Golgi il glicano potrebbe
subire ulteriori addizioni e demolizioni a dare varie strutture: oligomannosidica (B), N-acetil lattosamminica
(A), poli N-acetil lattosamminica o ibrida (C) .
I principali donatori nelle reazioni di glicosidazione, sono nucleosidi quali: UDP-GlcNAc, GDP-Man, UDP-Glc,
UDP-Gal, GDP-Fuc, CMP-NeuAc. Queste molecole idrofobiche sono localizzate nel citoplasma, sebbene
molte reazioni di glicosidazione avvengono nel “lumen” del reticolo endoplasmatico o nei vescicoli di Golgi.
Il trasporto di questi donatori attraverso le membrane intracellulari, per reagire con i loro siti di reazione, e i
processi di separazione dei substrati delle reazioni di glicosidazione, caratterizzano la produzione di ogni
specifica glicoproteina, attraverso una distribuzione sequenziale delle varie glicosiltransferasi, lungo i
compartimenti citologici: il reticolo endoplasmatico, dove si formano i principali precursori di oligosaccaridi, il
cis e il medio Golgi dove sono sintetizzate le ramificazioni e il trans Golgi dove sono attaccati gli zuccheri
terminali
66
.
2.2. SINTESI DI GLICOPROTEINE
Negli ultimi anni si è sviluppato un grande interesse verso metodi sintetici che permettano la modificazione
delle strutture degli oligosaccaridi di glicoproteine di interesse farmaceutico e nella ricerca di nuove
glicoproteine sintetiche
67-69
; l’obbiettivo è quello di sintetizzare farmaci più solubili, più stabili e meno tossici,
modificando i carboidrati presenti nelle glicoproteine di sintesi e in quelle naturali, migliorando i processi di
riconoscimento delle cellule bersaglio
70
.
Gli enzimi sono catalizzatori flessibili per la manipolazione di oligosaccaridi di glicoproteine. I classici metodi
di sintesi risultano poco utili a causa della necessità di reazioni altamente selettive, unita alla particolare
instabilità e al carattere polifunzionale caratteristici di queste macromolecole.
Il principale ostacolo alla diffusione dell’uso degli enzimi, nella modificazione e nella sintesi di glicoproteine, è
rappresentato dalla poca disponibilità di molte glicosiltransferasi. Inoltre vi è sempre l’incertezza che una
glicosiltransferasi, attiva in vivo su proteine che non hanno ancora struttura terziaria definita, possa agire
anche su proteine aventi struttura definita.
Un utile metodo per la sintesi di glicopeptidi incorpora chimicamente o enzimaticamente, glicosil amminoacidi
in un oligopeptide e successivamente, introduce ulteriori zuccheri tramite specifiche glicosiltransferasi. La
formazione enzimatica del legame peptidico e del legame glicosidico è vantaggiosa poichè entrambe le
sintesi possono essere condotte in soluzione acquosa, minimizzando così le operazioni di protezione e
9
deprotezione, necessarie nelle sintesi peptidiche. Le unità di glicosil amminoacidi possono essere legate
mediante processi catalizzati da subtilisina; è infatti possibile condurre tali reazioni a 60°C, in soluzione
acquosa
71
, utilizzando Subtilisina mutata, in cui il sito attivo, rappresentato da una serina, è convertito in
cisteina .
Studi cinetici hanno dimostrato che l’enzima non teme l’idrolisi, preferendo l’amminolisi per un fattore di circa
10.000
La sintesi chimica di glicopeptidi, seguita da glicosidazione enzimatica, dà ottimi risultati utilizzando supporti
di amminopropil silicio
72
. Il metodo permette la rapida e iterativa formazione dei legami peptidici e glicosidici,
rispettivamente in solventi organici ed acquosi, seguita dal distacco enzimatico del glicopeptide dal supporto.
10
3. C-GLICOSIDI
I carboidrati rappresentano una delle famiglie di composti naturali più studiate grazie alla
loro abbondanza in natura e alla loro particolare struttura poliidrossilata particolarmente
versatile a livello sintetico. Tuttavia l’uso di carboidrati a livello commerciale, soprattutto in
campo farmaceutico, è stato sempre limitato a causa della labilità del legame glicosidico.
L’avvento di procedure di sintesi di C-glicosidi altamente stabili, ha segnato la nascita di
una nuova generazione di prodotti contenenti unità carboidratiche.
Il legame C-glicosidico presenta molte similitudini chimiche e strutturali, con il legame O-
glicosidico rendendolo quindi ugualmente bio-compatibile, ma mostra anche sostanziali
differenze che ne conferiscono una maggiore stabilità.
O-glicosidi C-glicosidi
Lunghezza di legame O-C = 1,43 Angstroms O-C = 1,54 Angstroms
Van der Waal O = 1,52 Angtroms O = 2,0 Angstroms
Elettronegatività O = 3,51 C = 2,35
Momento dipolare C-O = 0,74D C-C = 0,3D
Energia di rotazione
di legame
CH
3
-O-CH
3
= 2,7
Kcal/mole
CH
3
-CH
3
= 2,88
Kcal/mole
Legame di idrogeno Due nessuno
Effetto anomerico Si no
Effetto esoanomerico Si no
Stabilità Sensibile agli acidi
ed enzimi
stabile agli acidi
ed enzimi
Conformazione C
1’
-C
2’
antiperiplanare
al O
1
-C
1
C
1’
-C
2’
antiperiplanare
al C
1
-C
2
La minore polarizzabilità del legame C-C (0,23D ) nei confronti del legame C-O (0,74D ),
l’assenza di effetto anomerico, l’impossibilità di formare legami di idrogeno ed infine la
stabilità agli acidi sono le caratteristiche che conferiscono maggiore stabilità chimica ed
enzimatica ai C-glicosidi rispetto ai naturali O e N-glicosidi.
11
Sebbene oggi vi sia grande attenzione nella sintesi di C-glicosidi, non bisogna dimenticare
che in natura esistono svariati esempi di composti contenenti unità saccaridiche legate
mediamte legami C-glicosidici.
La aloina A e la aloina B sono esempi di C-glucosil antroni (figura 1),
HO
HO
O
H O
H
HO
OH
OH
HO
figura 1
Il legame C-glicosidico lo ritroviamo, in natura, anche nei composti appartenenti alla
famiglia dei C-nucleosidi, i quali sono particolarmente importanti grazie alle loro proprietà
antitumorali, antibatteriche e antivirali.
[30,31]
3.1. C-GLICOSIDI COME FARMACOFORI STABILI
Il notevole sviluppo della chimica dei C-glicosidi ha spinto le industrie farmaceutiche e
biotecnologiche allo studio di C-glicosidi analoghi di carboidrati biologicamente attivi, con
funzione di stabili gruppi farmacofori. Attualmente glicosidi e saccaridi sono utilizzati in
molte applicazioni, dai generi alimentari ai componenti di acidi nucleici e di glicoconiugati
presenti sulla superficie cellulare
[32-37]
. L’uso di analoghi C-glicosidati risulta di
conseguenza estremamente vantaggioso in particolare nella produzione di farmaci. E’ da
sottolineare a riguardo la notevole stabilità stereochimica che caratterizza questi composti
e la grande disponibilità delle materie prime chirali (unità di zuccheri) per la loro sintesi.
I C-glicosidi come farmacofori, possono rappresentare nuovi inibitori enzimatici la cui
struttura risulta difficile o talvolta impossibile da costruire, utilizzando i metodi previsti dalla
classica chimica dei carboidrati. Infatti le biosintesi e le biodegradazioni di glicosidi
avvengono grazie all’azione di enzimi detti glicosidasi. Spesso il prodotto di una
glicosidazione è causa di una funzione biologicamente indesiderata e ciò giustifica lo
studio di inibitori di specifiche glicosidasi. In particolare grande attenzione si è avuta verso
quei composti che agiscono sulla struttura e sui meccanismi d’azione di questi enzimi.
Recentemente Lehmann
[38]
ha sintetizzato C-glicosidi diastereotopici per confermare il
12
meccanismo di azione della β-D-galattosidasi che si supponeva essere analogo a quello
del lisozima
[39-42]
. I composti così sintetizzati si sono rivelati substrati per la β-D-
galattosidasi(figura 2).
O
OH
HO
OH
CN
HO HO
O
OH
HO
OH
CH
3
O
OH
HO
OH
CH
3
HO
figura 2
Analoghi esperimenti condotti sugli stessi substrati deuterati hanno confermato il
meccanismo della β-D-galattosidasi, che prevede la riduzione del doppio legame
mediante attacco di un H sulla sua faccia re (figura 3).
HO
O
OH
HO
OH
D
CH
3
O
OH
HO
OH
H
OH
D
H
3
C
HO
O
O
H
figura 3
Gli inibitori dell’enzima glicogeno fosforilasi sono stati studiati per la loro capacità di
abbassare i livelli di glucosio nel sangue[
43-45]
. Per studiare la natura del legame tra i
substrati derivati del glucosio e la glicogeno fosforilasi, sono stati sintetizzati specifici C-
glicosidi
[46]
(figura 4) capaci di complessare l’enzima. Tali complessi sono stati studiati
mediante cristallografia ai raggi X
2[6]
.
13
O
OBnBnO
OBn
OBn
OH
O
OHHO
OH
OH
NHCOMe
figura 4
Di grande importanza terapeutica è lo studio delle glicosiltransferasi, enzimi preposti alla
formazione dei legami nei polisaccaridi tra le unità monosaccaridiche che sono
biologicamente attivate da nicleotidi
[47]
. Nella sintesi di Sialyl Lewis
X [48-50]
(figura 5) la β-
1,4-galattosiltransferasi (a) forma il legame β-1,4 tra una unità di galattosio e una di N-
acetilglucosammina a dare il lattosio; quindi la α-2,3-sialyltransferasi (b) addiziona l’acido
sialico ed infine la α-1,3-fucosiltransferasi (c) completa la sintesi catalizzando l’addizione
di una unità di fucosio.
O
HO
OH
OH
AcHN
HO
OH
CO
2
H
O
HO
OH
OH
OH
OH
O
HO
HO
OH
AcHN
HO
O
OH
H
3
C
OH
OH
OH
b
a
c
figura 5
Poichè il fucosio e l’acido sialico sono importanti nell’interazione leganti dei Sialyl Lewis
X
con le selectine[
31-56]
, la rimozione del fucosio dal Sialyl Lewis
X
può rappresentare un
metodo efficace per bloccare il legame dei leucociti all’endotelio. Alternativamente lo
stesso risultato può essere ottenuto inibendo l’attività della α-1,3-fucosiltransferasi,
prevenendo così la formazione del Sialyl Lewis
X
. Le α-1,3-fucosiltransferasi umane si
trovano nel latte
[57-59]
, nella saliva
[60]
e in altre specifiche famiglie di cellule
[61-63]
.
14
Un particolare “ pendaglio “ proteico trovato sulla superficie di Escherichia Coli
[61]
Contiene recettori specifici in grado di legare mannosidi
[62-64]
Nel 1992 Bertozzi
68
ha preparato nuovi C-mannosidi (figura 6), che legandosi ai recettori
specifici dell’Escherichia Coli, sono in grado di “marcare” le proteine per questo
microrganismo.
O
OH
OH
HO
NH
OOH
S
NH
NH
O
figura 6
Questi C-mannosidi hanno mostrato di bloccare completamente l’agglutinazione, causata
dai batteri, nelle cellule del lievito, alla concentrazione di 7 mM; è interessante notare
inoltre che questi substrati mostrano un’attività 9.6 volte maggiore dell’analogo metil-α-D-
mannopiranoside
69,70
.
Gli acidi sialici sono presenti su glicoproteine e glicolipidi terminali della superficie
cellulare
71-73
. Gli agenti patogeni usano l’acido sialico α-glicosidato, presente sulla
superficie cellulare, per legarsi alle cellule prima dell’infezione. Questo processo è
mediato dalle lectine, una classe di glicoproteine
61,74,75
, la più studiata delle quali è
l’emmaglutinina dell’influenza
76-78
. L’abilità di queste proteine di attaccarsi agli eritrociti è
stata inibita da derivati contenenti più unità di acido sialico
74-79
. Nel 1992 Nagy
80
ha
riportato la preparazione di analoghi C-glicosidati di questi acidi sialici polivalenti (figura 7),
resistenti alla neuroaminidasi, un enzima presente sulla superficie del virus
dell’influenza
71
, responsabile della rottura dei legami O-sialosidici presenti nei composti
precedentemente testati.
15
OH
OH
OH
HO
AcHN
3
HO
OH
OH
HO
n
Me
Me
O
O
NH
O
NH
CO
2
H
O
O
HO
OH
OH
HO
figura 7
La tranglicosilasi
81
è una proteina che lega le pennicilline ed è responsabile della
connessione di monomeri carboidratici, dotati di unità lipidiche, nella sintesi di
peptidoglicani.
Questo processo è importante nella proliferazione del battere, in cui la polimerizzazione
della catena carboidratica del peptidoglicano
82
avviene contemporaneamente alla
costruzione della unità peptidica. Vederas
83
ha preparato un disaccaride C-fosfonato
(figura 8) quale potenziale inibitore della polimerizzazione del peptidoglicano indotta dalla
tranglicosidasi.
O
HO
HO
NHAc
OH
O
O
HO
OH
P
O
O
O
CO
2
H
HO
-
O
figura 8
4 C-GLICOSIL-α-AMMINOACIDI
Negli ultimi anni la ricerca si è rivolta verso una particolare famiglia di C-glicosidi, i C-glicosil-α-
amminoacidi. Tale interesse è stato motivato sia dalla totale mancanza di C-glicosil-α-amminoacidi
esistenti in natura, sia dalla notevole stabilità chimica ed enzimatica da essi mostrata.
In natura esistono glicosil-α-amminoacidi O ed N glicosidati ad esempio l’antigene
Tn(GalNAcα1→O-Ser/Thr)
80,84
, l’antigene sialosyl Tn(NeuAcα2→6GalNAcα1→O-
16
Ser/Thr)
84,85
e l’antigene T(Galβ1→3GalNAcα1→O-Ser/Thr)
83,84
che costituiscono la
struttura centrale di glicoproteine come la mucina
86-89
.
In figura 16 mostriamo un esempio di N-glicosil-α-amminoacido presente in una
glicoproteina naturale; in esso il chitobiosio è legato con un legame β-N alla
carbossimmide dell’asparagina
90
.
O
OH
O
HO
NHAc
O
O
OH
HO
NHAc
N
OCO
NH
figura 1
Tale glicoproteina è stata isolata dalla membrana cellulare e funge da mediatore in
processi di riconoscimento e di adesione cellulare.
Molte altre glicoproteine, N e O glicosidate sono presenti in natura e in molti casi la ricerca
ha preso spunto da esse per farne analoghi sintetici utilizzabili nella cura di diverse
patologie. Tuttavia anche gli analoghi di sintesi, essendo caratterizzati dai legami N e O
glicosidici labili, sono di difficile uso nella terapia.
La sintesi di glicoproteine caratterizzate da legami C-glicosidici, ha reso disponibili
composti dotati di una notevole stabilità chimica ed enzimatica data proprio dal particolare
legame con cui le unità amminoacidiche sono legate alle unità saccaridiche.
La sintesi di C-glicosil-α-amminoacidi può essere condotta seguendo due differenti
approcci:
1. legare la parte saccaridica, attraverso un legame C-C, all’amminoacido o ad un suo
precursore, dotati comunque di una prefissata stereochimica;
2. costruire sul carbonio anomerico dello zucchero un pendaglio amminoacidico
utilizzando sintesi stereoselettive che permettano di ottenere un prodotto
stereochimicamente puro.
Entrambi gli approcci, quindi necessitano di reazioni altamente stereoselettive, capaci di
salvaguardare la stereochimica degli stereocentri della parte saccaridica e soprattutto
dell’amminoacido legato.
Analiziamo qui di seguito alcune sintesi che seguono il primo approccio sintetico succitato.
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