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 Aufräumen? Nicht ohne Helfer
19.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Einzelne Rezeptoren auf der Arbeit
19.10.2017 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Aufräumen? Nicht ohne Helfer

19.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen

19.10.2017 | Materialwissenschaften

Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden

19.10.2017 | Physik Astronomie