Rekordzucker aus dem Syntheseautomaten - Wissenschaftsjahr 2020 - Bioökonomie

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07.05.2020

Rekordzucker aus dem Syntheseautomaten

Kurz & Knapp
  • Rekord in der Synthesechemie: Ein Potsdamer Max-Planck-Forscherteam hat den längsten künstlichen Mehrfachzucker der Welt hergestellt.
  • Ein eigens entwickelter Syntheseautomat erzeugte das unverzweigte Kohlenhydrat mit 100 Zucker-Bausteinen in 188 Stunden.
  • Die Fähigkeit, derartige Biomoleküle schnell und definiert herzustellen, eröffnet neue Möglichkeiten für die Erforschung der Zuckerchemie.

Zuckerkette mit 100 Bausteinen am Stück

Ein Team des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung hat mit einem selbstentwickelter Syntheseautomaten in 188 Stunden die bisher größte künstliche Zuckerkette im Labor erzeugt. Sie besteht aus 100 Bausteinen. Auch verzweigte Riesenmoleküle sind so möglich. Die Methode ist vor allem für die Grundlagenforschung interessant.

Es ist eine Meisterleistung in der Organischen Chemie: Einem Forschungsteam um Peter Seeberger vom Potsdamer Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung ist es gelungen, die bislang größten künstlichen Mehrfachzuckermoleküle herzustellen. Mit einem eigens entwickelten Syntheseautomaten erzeugte das Team sowohl ein lineares Molekül aus 100 Zuckerbausteinen als auch ein verzweigtes Molekül mit insgesamt 151 Zuckerbausteinen.

Damit hat die Gruppe des Potsdamer Max-Planck-Instituts den seit 2017 bestehenden Rekord des Teams um Xin-Shan Ye von der Universität Peking überboten. Die Chinesen hatten es geschafft, ein verzweigtes Molekül mit 92 Einheiten zu synthetisieren. Wichtiger als der Rekord ist jedoch die neue Methode.

Leicht für die Natur, schwer für die Synthese-Chemie

Mehrfachzucker, sogenannte Polysaccharide, sind in der Natur weit verbreitet. Zu ihnen zählen die Cellulose, eines der Grundmoleküle der Pflanzen, und auch das Chitin, das als harte Hülle Insekten und andere Tiere schützt. Hunderte Millionen Tonnen Polysaccharide entstehen so in jedem Jahr.

Die Synthesechemie ist jedoch lange daran gescheitert, derartige Moleküle mit genau definiertem Aufbau zu erzeugen. „Noch vor zwei Jahren hätte ich es nicht gewagt zu träumen, dass es möglich sein würde, 100- und sogar 150-mer-Polysaccharide herzustellen“, freut sich Seeberger. Über ihr neuestes Werk berichtet das Potsdamer Chemiker-Team im „Journal of the American Chemial Society“.

Definierte Moleküle für die Strukturforschung

Bislang wurde immer versucht, zunächst die Einzelbausteine zu erzeugen und diese zu verketten. Der neue Syntheseautomat erzeugt jedoch große Moleküle in einem Stück. 188 Stunden benötigte das lineare Rekordmolekül. Das verkettete Molekül entstand schließlich aus der Kupplung von linearen Molekülen zu 30 beziehungsweise 31 Zuckerbausteinen.

„Systematische Verbesserungen unserer chemischen Methoden in Kombination mit besseren automatisierten Kopplungsprotokollen bieten uns jetzt äußerst interessante Werkzeuge, um Kohlenhydrate besser zu verstehen“, erläutert Seeberger. So will das Team dank der schnell und verlässlich erzeugten Moleküle unter anderem die sogenannte Kohlenhydratfaltung untersuchen, ein mangels Untersuchungsmaterial bislang unvollständig verstandener Prozess.