Biokatalysator

Der Biokatalysator ist ein Teilchen, meistens ein Enzym, das biochemische Reaktionen in Organismen verlangsamt oder beschleunigt. Trotz seiner chemischen Beteiligung und Veränderung während der Reaktion geht es nach Abschluss dieser wieder in seinen Ausgangszustand über, so dass es viele Reaktionszyklen hintereinander katalysieren kann.

Jöns Jakob Berzelius verwendete als erster wissentlich einen Biokatalysator zur Hydrolyse von Stärke.

Enzyme, Ribozyme und Zellen

Meist handelt es sich bei Biokatalysatoren um Enzyme, seltener auch Ribozyme oder ganze Zellen. Enzyme bestehen als Proteine aus einer Kette von Aminosäuren. Als Substrat bezeichnet man die Verbindung, die von einem Enzym umgesetzt wird. Als Inhibitor wird eine Verbindung bezeichnet, die eine enzymatische Reaktion verlangsamt oder unterbindet.

Oftmals werden Enzyme im Zuge eines Protein-Engineerings optimiert und auch an ein Trägermaterial gebunden, man bezeichnet einen derartigen Biokatalysator dann als immobilisiertes rekombinantes Enzym. Die Vorteile dieser Technik sind, dass der Biokatalysator dann länger stabil bleibt und leichter von dem Reaktionsgemisch wieder entfernt werden kann.

Besteht der Biokatalysator aus Ribonukleotiden, dann handelt es sich um eine katalytisch wirksame Ribonukleinsäure, die man funktionell zu den selteneren Ribozymen zählt.

Biokatalysatoren ermöglichen die biochemischen Reaktionen und physiologischen Prozesse aller Lebewesen. Ohne Biokatalysatoren wäre das Leben, wie wir es auf der Erde vorfinden, undenkbar.

Verwendung von Biokatalysatoren

Biokatalysatoren werden aber auch in der organischen Synthese verwendet, da man damit unter vergleichsweise milden Reaktionsbedingungen Produkte mit hoher Selektivität herstellen kann. Ein weiterer Vorteil von Biokatalysatoren besteht darin, dass man keine Racemate erhält (die Bildung eines Enantiomers ist zumeist stark bevorzugt). Bei einer chemischen Enantioselektiven Synthese werden derart hohe Enantiomerenüberschüsse in der Regel nicht erreicht.

Für industrielle Zwecke eingesetzte Biokatalysatoren sind z. B. Lipasen, Esterasen, Proteasen, Amylasen und Oxidasen. Dabei werden die Biokatalysatoren nicht nur in wässrigen Reaktionsmedien (Puffer) eingesetzt, sondern sind auch in organischen Lösungsmitteln aktiv. Seit Mitte der 80er ist auch bekannt, dass man Biokatalysatoren in überkritischen Flüssigkeiten einsetzen kann.

Ein Beispiel für einen Biokatalysator ist Chymotrypsin, er katalysiert die Spaltung von Eiweißketten. Im Labor wäre dafür konzentrierte Salzsäure bei Siedetemperatur nötig.

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