Helmholtz-Gemeinschaft

Einleitung
wird am längsten geforscht und sie finden bereits auch industrielle Anwendung. Allgemein
lassen sich unkonventionelle Medien als Reaktionsmedien mit reduziertem Wasseranteil
beschreiben. Ein wichtiger Vorteil ist ihr meist gutes Lösungsvermögen für hydrophobe, in
Wasser nur schwer lösliche organischen Verbindungen. Des Weiteren können unkonventionelle
Medien das chemische Reaktionsgleichgewicht verändern, so dass Produktausbeuten
erhöht werden können (Halling, 1990, Vermue und Tramper, 1995). Nicht selten
wurde ein Einfluss auf die Stereo-, Regio-, Chemo- und sogar Substratselektivität von
Enzymen beobachtet (Carrea und Riva, 2000, Kim et al., 2003, Klibanov, 2001) welche zu
einer Optimierung von chemischen Syntheseprozessen führen oder sogar Zugang zu neuen
chemischen Synthesen ermöglichen.
1.2.1 Enzymreaktionen in wasserfreien unkonventionellen Medien
„Einphasige“ unkonventionelle Reaktionssysteme sind meist für organische Lösungsmittel
beschrieben, aber auch andere unkonventionelle Medien können einphasig genutzt werden.
Sie ermöglichen eine sehr gute Löslichkeit der organischen Substrate und Produkte, darüber
hinaus erlauben sie einen geringeren präparativen Aufwand bei der Produktaufarbeitung
(Pollard, 2008). Reaktionen, die in wässrigen Medien nicht durchgeführt werden können, bei
denen z.B. in wässrigen Medien unerwünschte Nebenreaktionen auftreten (v.a. mit Hydrolyasen),
können in wasserfreien unkonventionellen Medien möglich sein (Halling, 1987,
Klibanov, 2001). In wasserfreien Medien weisen viele Enzyme eine erhöhte Rigidität auf,
wodurch eine verbesserte Stabilität (auch Thermostabilität) erreicht werden kann, welche aber
meist mit einer erheblichen Senkung der Aktivität im Vergleich zu wässrigen Systemen
einhergeht (Griebenow et al., 2001, Halling, 2004, Hutcheon et al., 2000). Eine Regulation
der Aktivität ist über die so genannte Wasseraktivität möglich. Die Wasseraktivität ist ein
Maß für frei verfügbares Wasser. Sie ist definiert als der Partialdruck des Wassers über einem
Material dividiert durch den Wasserdampfdruck über reinem Wasser (p 0 ) bei einer
bestimmten Temperatur: Essentiell sind dabei die enzymgebundenen Wassermoleküle,
welche eine gewisse Flexibilität erlauben und damit die Aktivität des Enzyms in solchen
Systemen erst ermöglicht. Für eine gute Enzymaktivität und Stabilität muss die Wasseraktivität
für jedes Lösungsmittel und Enzym eingestellt werden, um eine optimale
Hydratisierung des Enzyms zu erzielen (Halling, 2004, Zaks und Klibanov, 1988). Wobei die
optimale Hydratisierung von Enzym zu Enzym stark variieren kann. So benötigt
Chymotrypsin für den Erhalt der katalytischen Aktivität nur etwa 50 Wassermoleküle pro
Enzymmolekül (Zaks und Klibanov, 1984), während die Polyphenoloxidase ca.
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