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04.02.2013: Seit Jahrhunderten setzen die Menschen bei der Herstellung von Bier und Käse auf Biotechnologie. Sie nutzen dazu Enzyme von Bakterien und Hefen. Auch heute setzt die Industrie zum Beispiel bei der Herstellung von Arzneimitteln auf Enzyme. Unter Koordination der Biochemie-Professorin Rita Bernhardt von der Universität des Saarlandes arbeiten Mitarbeiter des Instituts für Technische Chemie der Universität Leipzig in einem neuen Forschungsprojekt an einem Superenzym, das Produkte effizienter umsetzen soll. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Vorhaben für drei Jahre mit über 1,3 Mio. Euro. Neben den Technischen Chemikern aus Leipzig und den Biochemikern sind auch Bioinformatiker der Saar-Uni sowie Wissenschaftler der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf an dem Projekt beteiligt.
"Bei Enzymen handelt es sich um Proteine, die eine biochemische Reaktion katalysieren", erklärt Biochemie-Professorin Rita Bernhardt, die das neue Forschungsprojekt koordiniert. Bei vielen biotechnologischen Prozessen, die in der Industrie zum Einsatz kommen, spielen Enzyme eine entscheidende Rolle. Wie im menschlichen Stoffwechsel auch sind meist mehrere Enzyme an komplexeren Prozessen beteiligt. So finden sich in Waschmitteln beispielsweise verschiedenen Typen von Enzymen, die Fette oder Eiweiße abbauen und so helfen, Schmutzrückstände zu entfernen.
Zusammen mit Saarbrücker Bioinformatikern um Privat-Dozent Dr. Michael Hutter und Wissenschaftlern der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (Prof. Dr. Vlada Urlacher) wollen die Biochemiker um Bernhardt ein Superenzym herstellen. Das Enzym soll aus vielen Untereinheiten bestehen und mehrere Reaktionen parallel katalysieren. Um das Enzym in industriellen Prozessen besser handhaben zu können, soll es auf ein poröses Trägermaterial mit speziellen Oberflächeneigenschaften aufgebracht werden. "Hier ist unsere gesamte Erfahrung im Bereich der Materialwissenschaft nanoporöser Feststoffe gefordert", sagt dazu Prof. Dr. Roger Gläser, dessen Gruppe auf Leipziger Seite an dem Projekt beteiligt ist.
Um effizient zu arbeiten, benötigen viele Enzyme außerdem sogenannte Koenzyme. Diese kleinen Moleküle haben oft ein sehr niedriges Reduktionspotenzial, das heißt, sie sind energiereich. Diese gespeicherte Energie können solche Koenzyme auf das Enzym übertragen, das so eine bestimmte biochemische Reaktion katalysieren kann. Damit das Enzym fortlaufend arbeiten kann, muss das Koenzym aber wieder "Energie tanken". Dies tut es, indem es Elektronen oder Protonen aufnimmt. Hier wollen die Wissenschaftler in dem Projekt ansetzen und die Koenzyme in einer Art Käfig einsperren. "Der Enzymkomplex soll so gebaut sein, dass sich die Koenzyme möglichst schnell regenerieren können, um für die biochemische Reaktion wieder zur Verfügung zu stehen", berichtet Gläser. "Auf diese Weise könnten biotechnologische Prozesse in der Industrie deutlich optimiert werden." Und genau das ist für eine effiziente Verfahrensgestaltung entscheidend.
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