Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Enzyme im Labor nachgebaut - Katalysatorforschung nach dem Vorbild der Natur

14.05.2007
Katalysatoren säubern nicht nur Autoabgase - sie ermöglichen auch viele biochemische Reaktionen in Lebewesen.

Die aus Millionen Jahren hervorgegangenen Enzyme sind Biokatalysatoren, die weitaus effizienter arbeiten als alle bisher vom Menschen erdachten synthetischen Katalysatoren. Ohne die raffiniert gebauten Proteine würden viele Lebensvorgänge im Körper überhaupt nicht ablaufen, denn die Körpertemperatur ist vergleichsweise niedrig und die Umgebung zumeist wässrig. Dabei liefern Enzyme die benötigten Stoffe zeitlich und mengenmäßig genau auf den Bedarf des Organismus abgestimmt, ohne dabei selbst "verbraucht" zu werden. Dank moderner Strukturaufklärungsmethoden kann man die Funktionsweise der Enzyme inzwischen entschlüsseln. Den Frankfurter Chemikern um Prof. Magnus Rueping ist es in einem weiteren Schritt gelungen, Katalysatoren nach dem Vorbild der Natur zu synthetisieren.

In der neuen Ausgabe von "Forschung Frankfurt" berichten sie, wie die robusten und gut zugänglichen Verbindungen die industrielle Synthese von Aminen vereinfachen. Das sind wichtige Bausteine für Naturstoffe und Pharmazeutika.

Als Modell diente die Glutamat-Dehydrogenase (GDH), ein wichtiges Enzym im Stickstoffzyklus. Es katalysiert die Reaktion von Ammonium-alpha-Ketogluterat und NADH zur Aminosäure Glutamat und NAD+. Beide lagern sich nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip an das aktive Zentrum des Katalysators an. Eine Besonderheit ist in diesem Fall, dass das Reaktionsprodukt auch noch eine bestimmte Händigkeit (Chiralität) besitzt. Grundsätzlich ist eine links- und eine rechtshändige Variante des Moleküls möglich. Da beide Enantiomere aber unterschiedliche chemische Eigenschaften besitzen - was bei vielen Natur- und Wirkstoffen der Fall ist - ist es wichtig, dass nur eine Sorte Enantiomer entsteht. (Die Reaktion muss enantiomerenselektiv sein). Die dazu notwendige asymmetrische Synthese im Labor nachzuahmen ist außerordentlich schwierig, aber von großer technischer Bedeutung.)

... mehr zu:
»Enzym »GDH »Katalysator »Labor »Synthese

Inspiriert vom natürlichen Vorbild der Glutamat-Dehydrogenase (GDH) wählte Rueping beim Nachbau des Katalysators als Grundstruktur ein chirales Molekül - das BINOL-Phosphat - und versah es mit vier verschiedenen Seitenketten. An Stelle des in Lebewesen vorkommenden Protonenspenders NADH setzte er das im Labor gebräuchliche Hantzsch-Dihydropyridin ein. Auf diesem Weg entstanden Amine, die man bisher im Labor nur unter hohem Wasserstoffdruck und der Verwendung metallhaltiger Katalysatoren hatte synthetisieren können. Für die Wirkstoffsynthese, in der Amine eine wichtige Rolle spielen, war die Verwendung solcher Katalysatoren aufgrund ihrer toxischen Eigenschaften bedenklich erschienen.

Anders als sein biologisches Vorbild kann der synthetische Katalysator ein breiteres Reaktionsspektrum katalysieren und ist auch robuster - das heißt, er arbeitet nicht ausschließlich bei 37 Grad und in wässriger Umgebung. Ermutigt durch diese Erfolge hat der Frankfurter Degussa-Stiftungsprofessor das Prinzip der Säure-katalysierten Transferhydrierung, wie es nach dem Vorbild der GDH realisiert wurde, inzwischen auch auf die Synthese von Chinolin-Derivaten angewendet. Diese Stoffklasse ist von großem Interesse für die Chemie, Pharmazie und die Materialwissenschaften. Bisher konnten solche Systeme nur durch lange Syntheserouten enantiomerenrein erhalten werden. Die Ergebnisse sind außerordentlich vielversprechend: Bereits die geringe Menge von einem Katalysatormolekül auf 10.000 Substratmoleküle reicht aus, um eine enantiomerenselektive Reduktion zu katalysieren - das ist die bis heute niedrigste Katalysatormenge, die jemals für eine solche Reaktion eingesetzt wurde. Daraus lässt sich das große Potential der chiralen BINOL-Phosphate für industrielle Anwendungen erschließen.

Informationen:
Prof. Magnus Rueping, Degussa Stiftungsprofessur für Organische Synthetik, Campus Riedberg, Max-von-Laue-Str. 7, 60438 Frankfurt am Main; Tel: (069) 798-29223., rueping@chemie.uni-frankfurt.de

Lesen Sie mehr dazu in der neuen Ausgabe von "Forschung Frankfurt".

Soeben erschienen: Wissenschaftsmagazin "Forschung Frankfurt" 1/2007

Kostenlos anfordern: steier@pvw.uni-frankfurt.de

Im Internet:
www.muk.uni-frankfurt.de
Publikationen/FFFM/2007/index.html

Stephan M. Hübner | idw
Weitere Informationen:
http://www.muk.uni-frankfurt.de

Weitere Berichte zu: Enzym GDH Katalysator Labor Synthese

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften