Empirisches Verständnis von Glykosylierungsreaktionen

• Antragsteller: Professor Dr. Peter H. Seeberger
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251124697

Oligosaccharide sind in biologischen Systemen allgegenwärtig. Der Schlüsselschritt bei der Synthese dieser komplexen Strukturen durch Glykosylierungsreaktionen ist die gezielte Kopplung zweier einzelner Zuckereinheiten. Die Reaktionsbedingungen sind hierbei nahezu immer substratabhängig, was eine inviduelle Optimierung für jeden Monosaccharidbaustein erforderlich macht. Die Reaktionen laufen zweistufig ab, wobei sich zunächst ein Acyl-Oxonium-Ion als reaktives Intermediat bildet, das durch einen zweiten Zucker abgefangen wird. Bisher erfolgt die Optimierung dieser Prozesse manuell durch Analyse der erhaltenen Produkte. In diesem Projekt soll nun erstmals ein automatisierter Reaktionsoptimierer für Glykosylierungs-reaktionen entwickelt werden. Das System nutzt einen mikrofluidischen Durchflussreaktor und überwacht die Bildung des reaktiven Zwischenproduktes bei der Aktivierung von Monos-acchariden in situ mittels Ramanspektroskopie. Für die orts- und zeitabhängige Charakterisierung des Reaktionsgemisches wird eine multivariate Analyse der Ramandaten angewendet. Neben einer relativen Quantifizierung ist es somit möglich, Basisspektren von Intermediaten zu erhalten und diese strukturell zu charakterisieren. Durch die Steuerung der Reaktionsbedingungen und die genaue Kontrolle der Zugabe von Reaktanden, kann die Konzentration des reaktiven Zwischenprodukts genau dort im Chip maximiert werden, wo das Fangmittel (zweiter Zucker) zugegeben wird. Die inline erhaltenen Ramandaten werden über eine Software (LabVIEW) für die automatische Ansteuerung von Pumpen und Thermostaten genutzt. Auf diese Weise werden die Reaktionsbedingungen kontinuierlich optimiert. Neben der Entwicklung eines neuen inline Charakterisierungsansatzes wird das System neue Einblicke in die Mechanismen von Glykosylierungsreaktionen liefern. Eine wesentliche Frage ist dabei, wie die Reaktionsbedingungen und Substituenten die Bildung der wichtigsten reaktiven Zwischenprodukte, besonders der Acyl-Oxonium-Ionen, beeinflussen. Der hier vorgeschlagene Ansatz wird die Möglichkeiten, in Zukunft Glykosylierungsreaktionen durchzuführen, grundlegend verändern und das Verständnis der zugrundeliegenden Reaktionsmechanismen erweitern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2177: Integrierte chemische Mikrolaboratorien (In-CheM)
• Mitverantwortliche: Dr. Kerry Gilmore, Ph.D.; Professorin Dr. Janina Kneipp