Chimica organica delle biomolecole

-N=N =N

-Azide =

usate per successive reazioni di riduzione ad amminoglicoside o di cicloaddizione (es.

click) si sfrutta nella reazione di più zuccheri tra di loro, in questo modo non si cambia la

stereochimica dei carboni anomerici.

 In presenza di -OH liberi:

nel caso di -OH non protetti, si può avere regioselettività sfruttando la diversa reattività degli -OH

sullo zucchero:

-OH 1°>2°>3°

-OH equatoriale>assiale

Stereoselettività α/β: sostituenti partecipanti

Per quanto riguarda la selettività α/β un ruolo importante è rivestito dalla natura del gruppo protettore in C-2.

Quando esso è un gruppo partecipante il prodotto 1,2-trans risulta favorito.

Metodi di glicosilazione

La tipica reazione di glicosilazione consiste nella sostituzione del gruppo in posizione anomerica da parte di

un nucleofilo, ma il gruppo -OH è un cattivo gruppo uscente e quindi si deve trasformare.

La sostituzione del gruppo uscente con formazione del legame glicosidico avviene comunque grazie

all’utilizzo di un catalizzatore o promotore.

Procedura di koenigs-Knorr Il gruppo uscente X si trova

quasi sempre in posizione

assiale grazie all’effetto

anomerico.

Con questa procedura è

possibile sia ottenere prodotti

1,2-cis (non si usa il

promotore) sia 1,2-trans.

Fluoruri come glicosil donatori

I fluoruri sono più stabili termicamente e chimicamente dei corrispondenti cloruri e bromuri, hanno però

minori proprietà di donatori e sono meno reattivi.

Vengono preparati dagli acetati anomerici ed è possibile ottenere sia l’anomero α che β: α si ottiene per

trattamento con HF mentre il β con AgF.

Pentenil-glicosidi

Possiedono gruppo uscente molto stabile e possono dare protezione della

posizione anomerica. Con questo particolare gruppo protettore è possibile

attivare la strategia ‘armed-disarmed’ grazie alla quale è possibile

modulare la reattività dei vari zuccheri che devono formare la catena in

base al promotore che viene utilizzato (in genere gli zuccheri che presentano un G.P. estereo in 2

necessitano di un promotore più forte rispetto a quello che serve per G.P. eterei).

Tioglicosidi come glicosil donatori

Ci sono 2 vantaggi principali legati all’utilizzo di questi glicosil-

donatori:

-questi gruppi uscenti possono essere trasformati in molteplici altri

gruppi, per esempio -OH, -OR, -OAc, -F, -Br.

-si può utilizzare la strategia armato-disarmato e in questo caso la chemoselettività è data dal sostituente

sullo zolfo.

Metodo del tricloroacetimidato Con questo metodo è possibile preparare

selettivamente l’anomero alfa o quello beta.

In assenza di gruppi partecipanti la selettività α/β può essere controllata tramite le condizioni di reazione:



-solventi apolari, bassa temperatura e catalizzatori deboli favoriscono un meccanismo di reazione SN2

-solventi più polari, temperature più elevate e catalizzatori più forti portano alla formazione del prodotto



termodinamicamente più stabile legame in assiale (effetto anomerico) attraverso meccanismo SN1.

Sintesi beta-mannosidi

La sintesi di queste molecole è particolarmente complessa per il fatto che si deve andare contro

l’effetto anomerico e quello sterico; sono state messe a punto 4 strategie di sintesi:

1. Si lavora sul C2 attraverso una reazione di ossidoriduzione:

2. Si sfrutta l’utilizzo di un catalizzatore a base di Ag-silicato:

3.

4.

Esistono glicosidi diversi dagli O-glicosidi: i C-glicosidi sono formati per sostituzione nucleofila di

gruppi al carbonio che si legano al carbonio anomerico.

Gli S-glicosidi possiedono un gruppo legato alla posizione anomerica attraverso un atomo di

zolfo.

Sistemi poliglicosilati : Questi sistemi sono utilizzati anche per

riprodurre un fenomeno biologico chiamato

multivalenza: in maniera simultanea

avviene un’interazione di recettori con più

ligandi, ciò succede spesso con i glicosidi.

In natura molti di questi recettori sono

oligomerici proprio perché così si possono

formare N-interazioni e la presenza di

gruppi glicosilici multipli permette al

polimero di formare reticoli o aggregati più

stabili.

1

Distinguere due anomeri tramite H-NMR 1

Per distinguere anomero alfa e anomero beta possiamo utilizzare H-NMR. I protoni equatoriali sono

generalmente deschermati rispetto a quelli assiali.

Nel glucosio, notiamo che l’angolo diedro è diverso

nell’anomero alfa rispetto al beta, perciò si fa riferimento alle

costanti di accoppiamento (J) tra protoni.

Più di recente è stata utilizzata anche la spettrometria di massa che utilizza la tecnica della ion mobility:

metodo che separa le molecole non solo in base alla loro massa e la loro carica, ma anche in funzione di

dimensione e forma, permettendo di distinguere due anomeri.

Biosintesi del legame glicosidico:

La formazione del legame glicosidico avviene con l’utilizzo di enzimi chiamati glicosiltransferasi.

Esse si possono suddividere in:

1) Ripetitive: polisaccaridi ottenuti dalla stessa unità

2) Non ripetitive: polisaccaridi ottenuti da unità diverse

Si possono anche dividere in glicosilnucleotidi dipendenti e poliprenol-difosfo-oligosaccaridi

dipendenti.

esempio di glicosilnucleotide

Glicosiltransferasi:

Le glicosiltransferasi sono enzimi che catalizzano il trasferimento di gruppi glicosilici da un

donatore a un accettore, formando legami glicosidici. Questi enzimi sono fondamentali nella

biosintesi dei glicosidi, che includono carboidrati complessi come glicoproteine, glicolipidi e

polisaccaridi. Ritenente: Il gruppo carbossilico

Meccanismo

Meccanismo ritenente (2 deprotonato funge da catalizzatore

invertente

reazioni SN2 in (1 sola

successione) reazione SN2) nucleofilo mentre il gruppo protonato funge

da catalizzatore acido facendo protonare

l’O dell’UDP-glucosio; il carbossilato

(catalizzatore nucleofilo) entra in posizione

anomerica mediante SN2 con inversione

del centro stereogenico. Si forma un

intermedio, il gruppo carbossilico fa da

catalizzatore basico e avviene nuovamente

una SN2 con attacco dalla parte opposta

rispetto alla reazione precedente. Nel

meccanismo ritenente la stereochimica

rimane conservata

Invertente: nel meccanismo non ritenente

invece, nel momento in cui il nucleotide

esce dalla posizione anomerica entra l’accettore A dalla faccia opposta rispetto a quella

ingombrata dal nucleotide mediante SN2, con inversione della configurazione.

Tutte le glicosiltransferasi sono estremamente regioselettive, stereoselettive e substrato-selettive:

ogni legame richiede una specifica glicosiltransferasi.

Enzimi depolimerizzanti

Esistono varie tipologie di questi enzimi, sfruttano reazioni di idrolisi, trasferimento o fosforolisi. Noi ci

concentriamo sugli enzimi idrolitici che vengono utilizzati così come sono in commercio e non è noto il

preciso meccanismo di reazione.

Gli enzimi depolimerizzanti più importanti sono le glicosidasi.

Anche in questo caso abbiamo un meccanismo ritenente ed uno non ritenente:

Il meccanismo è simile a quello precedente: nel meccanismo ritenente agisce prima il catalizzatore acido e si

fa una prima reazione SN2, successivamente entra l’accettore che in questo caso è H2Oe si ha la seconda

SN2 con formazione del prodotto.

Nel meccanismo non ritenente l’H2O entra mediante meccanismo concertato e avviene una SN2 con

inversione della configurazione del centro stereogenico. Sembra che H2O possa entrare per via della

distanza tra i due gruppi catalitici.

Cinetica della sintesi del legame glicosidico catalizzata da glicosidasi:

Le glicosidasi sono più versatili, reperibili e meno costose rispetto ai glicosilnucleotidi, per contro sono meno

selettive. Esistono 2 approcci possibili:

-approccio termodinamico: alta concentrazione di glicosilaccettore, rimozione del prodotto, utilizzo di solventi

organici (no H2O, rischio idrolisi). Le rese sono scarse intorno al 10%.

-approccio cinetico: uso di glicosildonatori attivati, scarsa reattività del prodotto e utilizzo di glicosidasi

ritenenti. Le rese sono comprese tra il 10% e il 60%.

Sintesi su fase solida

-È necessario progettare una strategia sintetica globale in cui l'estremità "riducente" o "non riducente" della

catena carboidrato in crescita sia collegata al supporto.

-Bisogna selezionare un polimero e un legante che siano inerti a tutte le condizioni di reazione durante la

sintesi, ma che possano essere scissi in modo uniforme ed efficace quando necessario.

-È importante adottare una strategia di protezione dei gruppi che sia coerente con la complessità

dell'oligosaccaride desiderato.

-Le reazioni di glicosilazione devono essere stereospecifiche e ad alto rendimento.

-Sono necessari strumenti analitici "sul supporto" che facilitino il monitoraggio delle reazioni e consentano lo

sviluppo razionale di protocolli efficienti.

Esercizio

La struttura pentasaccaridica di seguito riportata è alla base di un farmaco anticoagulante. identificare i

monosaccaridi che la compongono risalendo alla loro struttura lineare e specificare quanti e quali legami

glicosidici sono presenti. Proporre strategie di sintesi del tetrasaccaride basate sul metodo chimico, sul

metodo delle glicosiltrasferasi e delle glicosidasi.

Prima di tutto bisogna identificare i saccaridi che compongono la molecola; per riconoscere la struttura dello

zucchero bisogna risalire alla struttura lineare: possiamo dire che lo zucchero disegnato è la molecola

speculare del mannosio.

Bisogna poi specificare quali legami glicosidici sono presenti. Sono presenti 5 legami glicosidici

considerando anche l’OR, non è presente una forma emiacetalica, dunque, lo zucchero non è riducente.

Identificare dunque se si tratta di un legame alfa o beta.

In seguito, si ragiona sulla strategia di sintesi.

ACIDI NUCLEICI

Gli acidi nucleici possono essere utilizzati come agenti terapeutici o diagnostici, con due approcci principali:

-Acidi nucleici antigeni mirano a stimolare una risposta immunitaria: sono sequenze di DNA o RNA che

vengono utilizzate per stimolare una risposta immunitaria specifica nei confronti di un particolare patogeno o

malattia. Questi acidi nucleici possono essere introdotti nell'organismo come vaccini a DNA o RNA per

indurre la produzione di anticorpi o cellule del sistema immunitario che combattono l'infezione o il tumore.

L'obiettivo principale degli acidi nucleici antigeni è stimolare una risposta immunitaria protettiva.

-Acidi nucleici antisenso mirano a bloccare specifiche sequenze di RNA o DNA per regolare l'