Helmholtz-Gemeinschaft

Einleitung
mit Röntgenstrukturanalysen, Computermodellen und Struktur-Funktionsanalysen wird so ein
besseres Verständnis für die Funktionsweise von Enzymen entwickelt. Basierend auf diesen
Erkentnissen, können gezielt Mutationen eingefügt und spezielle Eigenschaften eines Enzyms
verändert werden. Durch Immobilisierung wird in vielen Fällen die Stabilität erhöht und die
Wiedergewinnung der Enzyme erleichtert.
Die stetige Forschung in diesen Bereichen soll unter anderem die im Folgenden genannten
Nachteile von Enzymen minimieren, welche die industrielle Anwendung beschränken
können. Ein wichtiger Faktor ist dabei der Preis für die Enzymherstellung; eine hohe
Effizienz in Produktion und Reinigung von Enzymen ist von Nöten (Krishna, 2002). Eine
Reihe von Enzymen benötigt Kofaktoren, wie NAD(P)H oder ATP, diese stellen einen großen
Kostenfaktor da. Diese Kosten sollen durch die Entwicklung effizienter und mit wenig
Aufwand verbundener Kofaktorregenerations-Prozesse im selben Reaktionsansatz minimiert
werden (Liu und Wang, 2007). Ein großes Problem stellt auch die geringe Stabilität von
Enzymen unter Lager- und/oder Prozessbedingungen, verglichen mit vielen chemischen
Katalysatoren, dar. Auch die Sensibilität gegenüber hohen Temperaturen kann in einigen
Anwendungen problematisch sein. Ein möglichst geringer Aufwand für die Einbindung
enzymatisch katalysierter Reaktionen in bestehende industrielle Prozesse sollte möglich sein.
Kaum ein Unternehmen wird einen teuren Umbau seiner Anlagen finanzieren, wenn es
effizienter und kostengünstiger ist die bereits vorhandenen Anlagen zu nutzen. Lange Zeit
galt auch die Anwendung von Enzymen in rein wässrigen Medien für viele Prozesse als
ungünstig, da eine Vielzahl der organischen Substrate und Produkte hydrophob und damit
schlecht wasserlöslich sind. Mittlerweile ist aber für eine Reihe von Enzymen bekannt, dass
sie auch in Anwesenheit von unkonventionellen Medien arbeiten können. So können z.B.
wassermischbare und nicht mischbare organische Lösungsmittel eingesetzt werden oder sogar
ganz auf den Einsatz von Wasser im Reaktionsmedium verzichtet werden (Kapitel 1.2).
Oft werden die chemische und enzymatische Katalyse als Konkurrenten angesehen, aber die
unterschiedlichen Eigenschaften und der Zugang zu unterschiedlichen Produkten ermöglichen
eine gute Ergänzung beider Methoden (Whitesides und Wong, 1985). Aufgrund der stetigen
Entwicklungen in beiden Bereichen, ist sogar die Kombination von Chemo- und Enzymkatalyse
möglich. Die Möglichkeit Enzyme auch in unkonventionellen Reaktionssystemen
und bei hohen Drücken einsetzen zu können sowie die Entwicklung anorganischer
chemischer Katalysatoren, welche auch bei milden Temperaturen und/oder wässrigen
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