CHEMIENOBELPREIS 1938: RICHARD KUHN

Chemienobelpreis 1938: Richard Kuhn

 

Der deutsch-österreichische Wissenschaftler erhielt den Nobelpreis für seine Arbeiten über Carotinoide und Vitamine.

 

 Biografie

 

Richard Kuhn, * Wien, 3. 12. 1900, ✝ Heidelberg, 31. 7. 1967; ab 1926 Professor in Zürich, ab 1929 Direktor des Heidelberger Kaiser-Wilhelm-Institut für Medizinische Forschung (heute Max-Planck-Institut), ab 1950 Professor in Heidelberg, forschte vor allem über Carotinoide und Vitamine.

 

 Würdigung der preisgekrönten Leistung

 

Karotten sind gut für die Augen. Jedes Kind kennt diesen Satz, an dem auch ein Stückchen Wahrheit ist. Carotinoide geben der Karotte ihre typische Farbe und sie werden in der Leber in Vitamin A umgewandelt, das in den Sehzellen der Augen eine zentrale Rolle spielt. Für die Isolierung und Untersuchung dieser Carotinoide erhielt der Deutsch-Österreicher Richard Kuhn 1938 den Nobelpreis für Chemie.Damit aber zeichnete das Stockholmer Komitee keineswegs nur die Erkenntnis aus, dass Karotten gut für die Augen sind. Carotinoide sind für praktisch jede lebende Zelle vom einfachen Bakterium über die Blätter von Bäumen bis hin zum Menschen sehr wichtig.

 

Eigentlich waren Carotinoide längst bekannt; bereits 1831 hatte Heinrich Wilhelm Ferdinand Wackenroder in Jena rote Kristalle aus Karotten isoliert. Das Carotin war entdeckt, das in der Leber in Vitamin A oder Retinal umgewandelt wird. Nach einer einfachen Veränderung wird das Vitamin A als Retinylaldehyd in die Stäbchen der Netzhaut des Auges eingelagert. Trifft ein Lichtstrahl das Stäbchen, verwandelt er Retinylaldehyd wieder in Vitamin A zurück, gleichzeitig wird ein Nervenimpuls ausgesendet. Dieser wird in den Nervenzellen des Sehzentrums verarbeitet und mit anderen Sehimpulsen kombiniert, bis im Gehirn das Bild entsteht, das die Augen von der Welt vermitteln. Gleichzeitig wird im Sehstäbchen Vitamin A in Retinylaldehyd zurückverwandelt, das nun bereit ist, einen neuen Lichtstrahl zu »sehen«.

 

 Alpha-, Beta- und Gammacarotin

 

»Das« Carotin gibt es gar nicht. Die roten Kristalle aus den Karotten enthalten in Wahrheit drei miteinander verwandte Substanzen, fand Richard Kuhn 1931 heraus.

 

Alpha-, Beta- und Gammacarotin besitzen jeweils das gleiche Grundgerüst aus 18 Kohlenstoffatomen in einer langen Kette. In diesem Molekül wechseln sich so genannte Einfachbindungen mit den erheblich stabileren Doppelbindungen ab. Die letztgenannten fixieren solche ansonsten sehr beweglichen Moleküle in einer bestimmten räumlichen Anordnung. An einem Ende der 18er-Kette befindet sich jeweils ein Ring aus sechs Kohlenstoffatomen. Nur das andere Ende der Kette unterscheidet demnach das Alpha-, Beta- und Gammacarotin voneinander. Dort befinden sich beim Alpha- und Betacarotin zwei unterschiedliche Sechserringe, während das Gammacarotin mit einer Kette von sieben Kohlenstoffatomen verlängert wird.

 

Wird Betacarotin in der Leber in der Mitte gespalten, entstehen zwei gleiche Hälften — das Vitamin A. Es wird in die Netzhaut des Auges eingebaut.

 

Beim Alphacarotin ist dagegen ein Ende anders als beim Betacarotin. Eine Spaltung erzeugt daher ein Molekül Vitamin A und ein anderes Molekül, das nicht in die Netzhaut eingebaut werden kann. Das zum Beispiel in Palmöl und Vogelbeeren enthaltene Alphacarotin ist daher bezüglich seines Vitamin-A-Werts nur halb so wirksam.

 

 Wachstumsgene im Konzert

 

Vitamin A spielt nicht nur im Auge eine zentrale Rolle, sondern steuert verschiedene Prozesse im Organismus. So schaltet es bei der normalen Entwicklung eines Embryos so genannte Hoxgene an. Diese Wachstumsgene sorgen dafür, dass sich die Knochen im Körper an der richtigen Stelle bilden. Werden Hoxgene falsch angeschaltet, bilden sich zum Beispiel in der Brust Lendenwirbel.

 

Dabei bilden die Hoxgene sozusagen ein Orchester. Zwar hat jedes einzelne dieser Gene genau wie jeder Musiker eine exakt definierte Funktion, aber erst wenn mehrere Mitglieder sich zu einem Ensemble zusammenfinden, wird Musik oder eben eine richtige Hand entstehen. Für die Bildung einer Hand genügt zum Beispiel ein Trio von Wachstumsfaktoren, die ihrerseits Hoxgene regulieren: Das Protein shh kontrolliert die Entwicklung entlang der Linie vom Daumen zum kleinen Finger. Für die Entwicklung zwischen Handwurzel und Fingerspitzen ist fgf zuständig, während sich wnt um die Achse zwischen Handrücken und -fläche kümmert. Erst wenn alle drei Faktoren perfekt aufeinander abgestimmt agieren, entsteht eine Hand. So sorgt eine bestimmte Kombination verschiedener Konzentrationen von shh, fgf und wnt dafür, dass sich der kleine Finger bildet. Ändert sich die Konzentration der einzelnen Komponenten, entsteht zum Beispiel ein Handwurzelknochen. Jede Veränderung im Ensemble beeinflusst demnach das Endergebnis. So hängt sich Vitamin A beispielsweise an Rezeptoren an, die Hoxgene und Wachstumsfaktoren anschalten. Ist zu viel Vitamin A vorhanden, schaltet sich zum Beispiel shh auch am falschen Ort oder zur falschen Zeit an, und der Embryo eines Hühnchens entwickelt fünf statt der normalen drei Finger an den Schwingen.

 

Auch beim Frosch schaltet Vitamin A den Faktor shh falsch an. Die Folgen sind fatal, es wachsen Kaulquappen ohne Köpfe oder mit einem Zyklopenkopf. Ist in einem menschlichen Embryo das Erbgut dieses Wachstumsfaktors leicht defekt, entstehen ebenfalls Missbildungen.

 

 Carotinoide in der Natur

 

Nicht nur beim Menschen spielen Vitamin A und andere Carotinoide eine wichtige Rolle. Praktisch in allen Organismen haben diese Substanzen zentrale Funktionen, weil die acht Doppelbindungen in Folge sichtbares Licht bestimmter Wellenlängen absorbieren. In den grünen Blättern der Bäume fangen Carotinoide Sonnenenergie ein und leiten diese an das Chlorophyll weiter, das anschließend die gespeicherte Energie in chemische Energie verwandelt. Im Herbst baut sich das Chlorophyll der Blätter ab, die rote und gelbe Farbe der Carotinoide kommt zum Vorschein, die Herbstfärbung verzaubert die Natur. Auch Früchte erhalten durch einen solchen Abbau des Chlorophylls erst ihre charakteristische Farbe: Das Rot der Tomate stammt vom Carotinoid Lycopin, das Rot des Pfeffers vom Capsanthin und das Rot der Paprika vom Capsorubin. Auch Algen und Bakterien nutzen Carotinoide, um Sonnenlicht einzufangen und in chemische Energie zu verwandeln.

 

Richard Kuhn hat eine Reihe weiterer Vitamine untersucht und isoliert. Das vielleicht bekannteste ist das Vitamin B2, »ein für das Wachstum junger Tiere unentbehrlicher Faktor«, wie der Wissenschaftler selbst schreibt. Aus 5300 Litern Magermilch konnte er schließlich ein Gramm dieses Enzyms isolieren, das ebenfalls eine zentrale Rolle in den Funktionen lebender Zellen spielt.

 

Die Würdigung seiner wissenschaftlichen Arbeit konnte Kuhn erst nach dem Zweiten Weltkrieg entgegennehmen. Nach der Auszeichnung des prominenten Oppositionellen Carl von Ossietzky mit dem Friedensnobelpreis (1935) hatte Hitler die Annahme jeglicher Nobelpreise verboten.