{"id":72572,"date":"2020-03-13T06:45:20","date_gmt":"2020-03-13T05:45:20","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fbiowissenschaften-chemie%2Fplasmen-treiben-die-biokatalyse-an.html"},"modified":"2020-03-09T21:01:38","modified_gmt":"2020-03-09T20:01:38","slug":"plasmen-treiben-die-biokatalyse-an","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/plasmen-treiben-die-biokatalyse-an\/","title":{"rendered":"Plasmen treiben die Biokatalyse an"},"content":{"rendered":"

Die Katalyse durch Enzyme hat gegen\u00fcber traditionellen chemischen Verfahren viele Vorteile. Sie hat aber auch Schwachstellen. So sind manche Enzyme nicht sehr stabil. Enzyme, die Wasserstoffperoxid umsetzen, werden sogar durch hohe Konzentrationen des Substrates inaktiviert. Ein Forschungsteam der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum (RUB) hat gemeinsam mit internationalen Partnern ein Verfahren entwickelt, bei dem der Ausgangsstoff Wasserstoffperoxid den Biokatalysatoren mithilfe von Plasma kontrolliert zugef\u00fchrt wird. Die Enzyme selbst sind durch eine Pufferschicht vor sch\u00e4dlichen Bestandteilen des Plasmas gesch\u00fctzt. Anhand zweier Modellenzyme konnte das Team zeigen, dass das Verfahren funktioniert, wie die Zeitschrift \u201eChemSusChem\u201c vom 5. Februar 2020 berichtet.<\/strong><\/p>\n

Mildere Bedingungen, weniger Energieverbrauch und Abfall<\/h3>\n
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Marco Krewing, Abdulkadir Yayci und Julia Bandow forschen an M\u00f6glichkeiten zur umweltfreundlichen Katalyse mit Enzymen.
\u00a9 RUB, Marquard<\/figcaption><\/figure>\n

Bei der Biokatalyse werden Chemikalien durch Zellen oder deren Bestandteile hergestellt, insbesondere durch Enzyme. Gegen\u00fcber traditionellen chemischen Verfahren hat die Biokatalyse viele Vorteile: Die Reaktionsbedingungen sind meist deutlich milder, der Energieverbrauch niedriger und es entsteht weniger toxischer Abfall. Durch die hohe Spezifit\u00e4t von Enzymen ergeben sich au\u00dferdem weniger Nebenreaktionen. Manche Feinchemikalien k\u00f6nnen sogar nur durch Biokatalyse synthetisiert werden.<\/p>\n

Die Schattenseite der Biokatalyse mithilfe von Enzymen ist die geringe Stabilit\u00e4t mancher Enzyme. \u201eDa das Enzym in diesen F\u00e4llen oft ersetzt werden muss, was teuer ist, ist es enorm wichtig, die Stabilit\u00e4t unter Produktionsbedingungen zu erh\u00f6hen\u201c, erkl\u00e4rt Erstautor Abdulkadir Yayci vom Lehrstuhl f\u00fcr Angewandte Mikrobiologie von Prof. Dr. Julia Bandow.<\/p>\n

Wasserstoffperoxid: Notwendig, aber sch\u00e4dlich<\/h3>\n

Das Forschungsteam hat sich mit zwei \u00e4hnlichen Enzymklassen besch\u00e4ftigt: Peroxidasen und Peroxygenasen. Beide verwenden Wasserstoffperoxid als Ausgangsstoff f\u00fcr Oxidationen. Das entscheidende Problem ist, dass Wasserstoffperoxid zwar f\u00fcr die Aktivit\u00e4t absolut notwendig ist, aber in h\u00f6heren Konzentrationen zum Aktivit\u00e4tsverlust der Enzyme f\u00fchrt. Speziell f\u00fcr diese Enzymklassen ist es daher sehr wichtig, Wasserstoffperoxid dosiert zuzuf\u00fchren.<\/p>\n

Um das zu bewerkstelligen, untersuchten die Forscherinnen und Forscher Plasmen als Quelle f\u00fcr Wasserstoffperoxid. Plasma beschreibt den vierten Aggregatzustand, der entsteht, wenn man einem Gas Energie hinzuf\u00fcgt. Werden Fl\u00fcssigkeiten mit Plasmen behandelt, entsteht eine Vielzahl von reaktiven Sauerstoff- und Stickstoff-Spezies, die dann teils zu langlebigem Wasserstoffperoxid abreagieren, welches f\u00fcr die Biokatalyse genutzt werden kann.<\/p>\n

Biokatalytische Reaktionen mit plasma-generiertem Wasserstoffperoxid sind m\u00f6glich<\/h3>\n

In der Arbeit, in der die Meerrettichperoxidase als eines der Modellenzyme diente, konnte das Team zeigen, dass dieses System prinzipiell funktioniert. Gleichzeitig gelang es, die Schwachstellen der Plasmabehandlung zu identifizieren: \u201eDie Plasmabehandlung greift auch direkt die Enzyme an und inaktiviert sie, h\u00f6chstwahrscheinlich durch die hochreaktiven, kurzlebigen Spezies in der plasma-behandelten Fl\u00fcssigkeit\u201c, beschreibt Abdulkadir Yayci. Die Arbeitsgruppe konnte die Reaktionsbedingungen verbessern, indem sie das Enzym an ein inertes Tr\u00e4germaterial band. Dadurch entsteht \u00fcber dem Enzym eine Pufferzone, in der die hochreaktiven Plasma-Spezies abreagieren k\u00f6nnen, ohne dem Enzym zu schaden.<\/p>\n

An einem zweiten Enzym, der unspezifischen Peroxygenase aus dem Pilz Agrocybe aegerita, pr\u00fcften die Forscher dann ihren Ansatz. Diese Peroxygenase kann hochselektiv eine Vielzahl von Substraten oxidieren. \u201eWir konnten zeigen, dass diese Spezifit\u00e4t auch unter Plasmabehandlung erhalten bleibt und hochselektive biokatalytische Reaktionen mithilfe von Plasma m\u00f6glich sind\u201c, fasst Julia Bandow zusammen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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