Wie sehen Enzyme eigentlich aus?

Enzyme sind katalytisch aktive multifunktionale Proteine, die aus Aminosäuren aufgebaut sind. Die Primärstruktur eines Proteins ist seine Aminosäuresequenz, während die Tertiärstruktur (Abbildung 1) die globale räumliche Struktur der Polypeptidkette ist. Diese räumliche Struktur ist für den Bindungsmechanismus und die katalytische Reaktion im so genannten aktiven Zentrum verantwortlich. Die katalytische Region enthält eine unterschiedliche Anzahl von aktiven Aminosäureresten und teilweise (nicht immer) sogenannte Kofaktoren. Enzyme können z. B. Säure-Base-Reaktionen katalysieren, kovalente Bindungen öffnen oder schließen oder elektrostatische Wechselwirkungen ausbilden. Dies ermöglicht es Enzymen, ein sehr breites Spektrum an Reaktionen zu katalysieren. Daher hat die International Union of Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB) verschiedene Enzyme nach der Art der Reaktion, die sie auslösen, klassifiziert. Derzeit umfasst diese Klassifizierung sieben große Enzymklassen, die nach EC-Klassen gruppiert sind:

Enzyme als Biokatalysatoren bieten einige Vorteile für eine nachhaltige chemische Industrie, wie z.B. milde Reaktionsbedingungen, biologische Abbaubarkeit, hohe Selektivität und damit geringe Nebenproduktbildung. Sie werden bereits in der Lebensmittelindustrie, der Textilindustrie, der Reinigungs- und Waschmittelindustrie, der chemischen Industrie und der pharmazeutischen Industrie in großem Umfang eingesetzt. Um die Nachhaltigkeit in diesen Industriezweigen zu erhöhen, wird ständig nach neuen Enzymen mit maßgeschneiderten Eigenschaften gesucht. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Identifizierung neuer Enzyme mit einem breiten Substrat- und Produktspektrum, hoher Stabilität gegenüber extremen Temperaturen und pH-Werten sowie erhöhter Langlebigkeit.

Potenzial von Enzymen und deren Anwendung in SUSBIND

Enzyme sind in der Lage, eine Vielzahl von unterschiedlichen Reaktionen zu katalysieren. Daher haben sie unserer Meinung nach ein enormes Potenzial für den Einsatz in verschiedenen industriellen Bereichen. Das zunehmende Wissen über die Funktion von Enzymen und die sich daraus ergebenden Möglichkeiten für das Engineering und die Optimierung dieser Enzyme werden auch zur weiteren Etablierung wirtschaftlicher enzymbasierter Prozesse beitragen. Im Rahmen von SUSBIND werden Enzyme aus verschiedenen EC-Klassen ausgewählt. Diese Enzyme werden z.B. zur Lipidmodifikation eingesetzt und durch Protein-Engineering weiter optimiert.

Autor:

Dr.-Ing. Fabian Haitz,

[email protected]

Forschungsmitarbeiter am

Fraunhofer Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB,

https://www.igb.fraunhofer.de/en.html