Исследователи использовали ультрацентрифугирование и продемонстрировали, что некоторые углеводы ведут себя подобно белкам, формируя сложные образования с высокой степенью упорядоченности, которые меняют форму, чувствуя изменение концентрации.

До настоящего времени предполагалось, что углеводы либо движутся независимо друг от друга в растворителе, подобно тому, как молекулы сахарозы движутся в кружке с кофе, либо образуют большие труднорастворимые макромолекулярные агрегаты подобно волокнам целлюлозы, однако до настоящего времени никто и не мог предположить, что углеводы могут образовывать растворимые регулярные самоорганизующиеся структуры подобно молекулам белков.

Несколько лет назад исследователи из групп Томаса Хайнце (Thomas Heinze) из Университета Фридриха Шиллера в Йене (Германия) и Стефана Хардинга (Stephen Harding) из Университета Ноттингема (Великобритания) сообщили, что растворимые углеводы, полученные из химически модифицированной целлюлозы, могут самоорганизовываться с образованием олигомеров, в состав которых входит до четырех молекул. Массы продуктов самоорганизации были определены с помощью измерения скорости седиментации при ультрацентрифугировании – классического метода, применяющегося для изучения организации белков. Также было обнаружено, что понижение концентрации углеводов приводит к тому, что на мономеры распадаются не все олигомеры.

Новое исследование позволило обеим группам обнаружить, что один тип модифицированных углеводов – аминоцеллюлоза AEA-1, может полностью обратимо организовываться в тетрамеры. Для измерения точной массы тетрамеров исследователи анализировали зависимость положения равновесия седиментация/диффузия от концентрации молекул. Было обнаружено, что молекулы, образующие тетрамеры при высоких концентрациях, возвращаются в мономерное состояние при разбавлении. Более того, было обнаружено, что тетрамеры далее могут организовываться с образованием агрегатов более высокого порядка, что напоминает поведение белков.

Продемонстрировано, что аминопроизводное целлюлозы AEA-1 может обратимо самоорганизовываться в тетрамеры.

Как отмечает Хардинг, первоначально исследователи не поверили, первые увидев профили ультрацентрифугирования, поскольку за годы работы с полисахаридами и родственными им молекулами исследователи ни разу не видели ничего подобного, однако результаты исследования подтвердились.

Гельмут Кольфен (Helmut Cölfen) из Университета Констанц (Германия) высоко оценивает результаты работы, поясняя, что на настоящий момент механизм того, каким образом отличающийся значительным разбросом молекулярных масс полисахарид ведет себя подобно однородным по молекулярной массе и форме белкам, неясен. Кольфен уверен, что определение того, какие межмолекулярные взаимодействия лежат в основе такой самоорганизации, позволит разработать новые подходы к дизайну полисахаридов с исключительно новым функциями.

Исследователи из группы Хайнце планируют разработать методы химического синтеза углеводных мономеров с предопределенной структурой, которые могли бы отличаться таким же типом ассоциации. Также исследователи надеются, что «протеиноподобные» аминоцеллюлозные материалы, которые можно получить из доступных и возобновляемых природных источников, станут удачными материалами для биосенсоров. Такие биосенсоры могут оказаться удачными аналитическими системами, поскольку они не будут терять активность в средах, содержащих простые и сложные белки, а также смогут распознавать многие биополимеры за счет нековалентных взаимодействий.