Untersuchungen zu extrazellulären Enzymen bei marinen ...

Einleitung 1
1. Einleitung
1.1. Herkunft und Funktion von Enzymen
Jeder Organismus produziert eine große Vielfalt von Enzymen (Madigan et al., 2003), welche
für die Katalyse der zahlreichen biochemischen Reaktionen verantwortlich sind (Voet et al.,
2002). Die meisten Enzyme werden von den Organismen in kleinen Mengen synthetisiert und
sind an zellulären Prozessen beteiligt. Jedoch sind einige Mikroorganismen befähigt, gewisse
Enzyme in viel größeren Mengen zu produzieren und diese nach außen zu sekretieren
(Madigan et al., 2003). Extrazelluläre Enzyme spalten Makromoleküle, welche nicht in die
Zelle aufgenommen werden können, zu transportablen Mono-, Di- oder Oligomeren (Fritsche,
2002). Diese können nach der Aufnahme in die Zelle als Nährstoffe für das Wachstum
verwendet oder in Form von Makromolekülen gespeichert werden (Madigan et al., 2003).
1.2. Enzyme in der Industrie
Mikroorganismen und Enzyme werden schon seit langer Zeit zur Verarbeitung von
pflanzlichen und tierischen Rohstoffen verwendet. Früher standen die Verfahren mit lebenden
Mikroorganismen im Vordergrund. Dazu gehört die Herstellung von alkoholischen
Getränken, Hefe-Fermentation von Teig bei der Brotherstellung, Konservierung von Gemüse
durch Fermentation mit Lactobazillen (z.B. Sauerkraut) oder die Herstellung von Käse (Uhlig,
1991). Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurde erkannt, dass Enzyme unabhängig von
lebenden Zellen wirken (Buchholz & Kasche, 1997). Heutzutage werden sowohl lebende
Zellen als auch isolierte Enzyme in der Industrie verwendet (Schmid et al., 2001).
Enzyme unterscheiden sich von den üblichen chemischen Katalysatoren in einigen wichtigen
Punkten: Sie weisen höhere Reaktionsgeschwindigkeiten auf, funktionieren unter milderen
Reaktionsbedingungen, sie haben größere Reaktionsspezifität und sind regulationsfähig (Voet
et al., 2002). Aufgrund ihrer Reaktionsspezifität entstehen bei enzymatischen Reaktionen
relativ reine Produkte, was die Abfallmenge reduziert (Marrs et al., 1999). Die milden
Reaktionsbedingungen, bei denen Enzyme arbeiten, senken den Energieverbrauch, was die
Produktionskosten und die Treibhausgasemissionen vermindert (Rozzel, 1999).
Enzyme werden in zahlreichen Industriezweigen in biokatalytischen Prozessen angewandt
(siehe Tab. 1.1.). Sie werden in der Lebensmitteltechnologie, bei der Papier-, Textil- und
Lederbehandlung, sowie für analytische und diagnostische Zwecke eingesetzt. Auch in der
pharmazeutischen und chemischen Industrie werden Enzyme verwendet Dabei ist die Stereo-,
Regio- und Substratspezifität der enzymatischen Katalyse in diesen Industriezweigen von