Kohlenhydrate sind der Stoff, der das Leben ausmacht. Vom kleinsten Wurm über uns Menschen bis zum Mammutbaum: Etwa zwei Drittel der Bestandteile alles Lebenden endet in der Regel auf der zuckertypischen Endung „-ose“. Es gibt entsprechend genug Gründe, bei Zuckern ganz genau hinzuschauen. Umso erstaunlicher, dass bisher kaum bekannt ist, wie diese Moleküle im Detail aussehen. Im internationalen Verbund ist es Forschenden der TU Braunschweig nun gelungen, einzelne Moleküle abzubilden und zu charakterisieren.
Den Aufbau von Zucker-Molekülen genau zu verstehen, ist bei weitem nicht einfach nur „gut zu wissen“. Kohlenhydrate sind extrem funktional. Industrien stellen aus Kohlenhydraten etwa Textilien, Arzneien oder Biokraftstoff her. Während Proteine mittlerweile nach Wunsch gezielt designet werden, fehlten bisher für ein gleichwertiges Kohlenhydrat-Design die wissenschaftlichen Grundlagen. Beim Zucker kommen die Methoden, die sonst einzelne Protein-Moleküle isolieren an ihre Grenzen. Ein gezieltes Design bleibt da eine Idee am fernen Horizont.
Im Verbund und unter Einbeziehung des Exzellenzclusters QuantumFrontiers, haben Wissenschaftler*innen es erstmals geschafft, einzelne Zuckermoleküle und die Wechselwirkung zwischen ihnen mit submolekularer Auflösung zu erforschen.
Zucker in Isolation
Um die einzelnen Zuckermoleküle isolieren zu können, kombinierten die Wissenschaftler*innen zwei Großgeräte. Zunächst bringt eine Elektrospray-Depositionsanlage den gelösten Zucker bis ins Ultrahochvakuum und auf eine atomar saubere Metalloberfläche, anschließend werden die einzelnen Moleküle mit einem Rastertunnelmikroskop abgebildet. Um die hohe Auflösung, das heißt die detaillierte Abbildung innerhalb eines Zuckermoleküls zu erreichen, wurden speziell funktionalisierte Spitzen (Kohlenmonoxid-Spitzenatom) verwendet. Für eine gezieltes Design und zukünftige Anwendungen kohlenhydrat-basierter Stoffe ist das detaillierte Verständnis der erste Schritt.
Publikation
Johannes Seibel, Giulio Fittolani, Hossein Mirhosseini, Xu Wu, Stephan Rauschenbach, Kelvin Anggara, Peter H. Seeberger, Martina Delbianco, Thomas D. Kühne, Uta Schlickum, and Klaus Kern
Visualizing Chiral Interactions in Carbohydrates Adsorbed on Au(111) by High-Resolution STM Imaging.
Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202305733.
https://doi.org/10.1002/anie.202305733
