Biokatalyse

In der Biokatalyse werden Enzyme für eine Vielzahl chemisch-relevanter Reaktionen genutzt, da diese natürlichen Katalysatoren eine sehr breite Palette von Synthesen unter milden Reaktionsbedingungen katalysieren. Besonders vorteilhaft ist die Chemo-, Regio- und Stereoselektivität von Enzymen, die es erlaubt die gewünschten Produkte mit hoher (optischer) Reinheit herzustellen. Dadurch kann gegenüber chemischen Verfahren auf toxische Reagenzien wie Schwermetalle, Schutzgruppenchemie und meist auch auf organische Lösungsmittel verzichtet werden, wodurch biokatalytische Verfahren umweltfreundlicher sein können.

Illustration zur Darstellung der Komplexität der Biokatalyse
© U.Bornscheuer

Während historisch natürliche Enzyme aus Mikroorganismen, Pflanzen und tierischen Extrakten isoliert wurden, erlauben es moderne biologische Methoden das gewünschte Enzym in industriellem Maßstab rekombinant z.B. im Bakterium E. coli oder der Hefe S. cerevisiae herzustellen. Durch Protein-Engineering lassen sich zudem Enzyme gezielt an die Anforderungen an ein industrielles Verfahren durch rationales Proteindesign (basierend auf der Raumstruktur des Enzyms) oder durch gerichtete Evolution (Nobelpreis für Chemie in 2018) anpassen. Die Biokatalyse wird technisch zur Herstellung von Riechstoffen und Aromen, in der Lebensmittelindustrie, in der organischen Synthese, Oleochemie und vor allem zur Herstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen und deren Vorstufen in großem Maßstab genutzt. Auch in Waschmitteln finden Enzyme (Proteasen, Amylasen, Cellulasen, Lipasen) Anwendung als Biokatalysatoren, um Anschmutzungen unter milden Bedingungen zu entfernen und leisten auch hier einen wesentlichen Beitrag zum Umweltschutz.