Helmholtz-Gemeinschaft

Einleitung
Stabilität von Enzymen in solchen Zweiphasensystemen beobachtet worden, was
hauptsächlich auf Effekte der Interphasenfläche zurückgeführt wird.
1.2.3.1.1 Stabilität von Enzymen in wässrig-organischen Zweiphasensystemen
Neben den Faktoren, welche die Enzymstabilität und Aktivität in wässrigen Puffern
beeinflussen (pH, Temperatur, Ionenstärke usw.), sind in wässrig-organischen Zweiphasensystemen
auch Enzym-inaktivierende Interaktionen mit den verwendeten organischen
Lösungsmitteln zu beobachten. Dabei wird unterschieden zwischen der molekularen
Toxizität, welche auf die in der wässrigen Phase gelösten Lösungsmittelmoleküle
zurückgehen und die Grenzflächentoxizität welche durch Interaktionen mit der hydrophoben
Grenzfläche (Interphase) zwischen den beiden Phasen verursacht wird (Vermue und Tramper,
1995).
Die in der wässrigen Phase gelösten Lösungsmittelmoleküle können z.B. mit hydrophoben
Aminosäureseitenketten interagieren, welche Kontaktflächen für die Untereinheiten oder den
hydrophoben Kern eines Enzyms bilden (Mattos und Ringe, 2001, Ross et al., 2000a). Durch
diese Wechselwirkungen sind strukturelle Umlagerungen denkbar, welche zu einer
reversiblen oder irreversiblen Inaktivierung des Enzyms führen. Der log P-Wert (Verteilungskoeffizient
einer gegebenen Substanz in einem n-Oktanol/Wasser Zweiphasensystem) ist ein
Maß für die Polarität eines Lösungsmittels und wird oft als ein wichtiger Indikator für die
Stabilität von Enzymen gegenüber den organischen Solventen angesehen (Drauz und
Waldmann, 2002, Faber, 1994), obwohl in einigen Arbeiten ein einfacher Zusammenhang
zwischen dem log P-Wert des Lösungsmittels und der Stabilität von Enzymen nicht bestätigt
werden konnte (Ghatorae et al., 1994a, Ghatorae et al., 1994b, Khmelnitsky et al., 1991a,
Khmelnitsky et al., 1991b, Ross et al., 2000a, Ross et al., 2000b). Eine molekulare Toxizität
durch eine Dehydratisierung des Enzyms, wie beim Einsatz von Kosolventien beschrieben
(Kapitel 1.2.2) liegt nicht vor, die notwendigen Grenzkonzentrationen werden mit Wasser
nicht mischbaren Lösungsmitteln nicht erreicht (Khmelnitsky et al., 1991b).
Eine allgemein anerkannte Hypothese zur Interphaseninaktivierung ist z.B. von Baldascini
und Janssen beschrieben worden (Baldascini und Janssen, 2005) (siehe Abb. 4):
1. Durch Interaktion hydrophober Enzymbereiche mit der hydrophoben Oberfläche an
der Interphase kommt es zu einer reversiblen Adsorption von Enzymmolekülen an die
Interphase. Hierbei findet bereits eine geringe strukturelle Veränderung statt, welche
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