Helmholtz-Gemeinschaft

Einleitung
Bedingungen eingesetzt werden können, eröffnet neue Möglichkeiten zur chemoenzymatischen
Synthese in einem Reaktionsansatz (Vennestrøm et al., 2010).
1.2 Unkonventionelle Reaktionsmedien
Lange wurde die Biokatalyse in rein wässrigen Systemen durchgeführt. Dies mag unter
anderem auf dem Missverständnis beruhen, dass die natürliche Umgebung in der Zelle ein
hauptsächlich wässriges Milieu darstellt. In Wirklichkeit stellt das Zytoplasma einer Zelle ein
dicht gepacktes Kompartiment einer Vielzahl von Proteinen, RNA und weiteren Zellkomponenten
dar, welche zwangsläufig engen Kontakt zueinander haben und sich gegenseitig
beeinflussen. Die natürliche Umgebung von Enzymen ist daher weniger wässrig sondern
besteht eher aus einem viskosen Zytoplasma (McGuffee und Elcock, 2010). Möglicherweise
stellen deshalb rein wässrige Systeme für die Biokatalyse isolierter Enzyme nicht unbedingt
das optimale Reaktionsmedium dar. So können z.B. durch Zusatz von Zuckern, Salzen, freien
Aminosäuren und unkonventionellen Medien z.B. als Kosolventien Aktivität und Stabilität
von Enzymen teilweise signifikant verbessert werden (Kumar und Prakash, 2003).
Abb. 1: Modell eines Ausschnitts des Zytoplasma in E. coli. Das Modell beruht auf Berechnungen mit
50 verschiedenen Makromolekülen im Zytoplasma (45 Proteine und 5 RNAs oder RNA-Protein Komplexen)
ausgehend von insgesamt 1008 Einzelmolekülen (McGuffee und Elcock, 2010).
Als unkonventionelle Reaktionsmedien in der Biokatalyse werden Systeme angesehen, die
zum großen Teil oder komplett aus nicht wässrigen Medien bestehen. In den letzten 30 Jahren
wurde die Anwendung von Enzymen in einer Reihe unkonventioneller Medien, wie
organischen Lösungsmitteln, ionischen Flüssigkeiten, überkritischen Fluiden, mit Festkörpern
z.B. Gelmatrices oder in der Gasphase (geeignet für flüchtige Reaktanden) untersucht
(Halling, 2004, Kim et al., 2007, Vermue und Tramper, 1995). Meist sind in der Literatur
unkonventionelle Reaktionssysteme mit organischen Lösungsmitteln beschrieben, an diesen
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