Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Überlebensstrategie eines Bakteriums als Vorbild für Biobrennstoffzellen

24.10.2006
Es gibt kaum einen Ort, wo Pseudomonas aeruginosa nicht lebt. Das Bakterium wächst im Boden, im Wasser und kann in Pflanzen und Früchten gefunden werden.

Sogar Desinfektionsmittel erträgt es, was den Einzeller zu einem gefürchteten Gegner der Krankenhaushygieniker macht. Möglich ist dies, weil das Bakterium von unterschiedlichsten Stoffen leben kann. So gewinnt es die Energie, die es zum Leben braucht, beispielsweise auch aus dem Alkohol Ethanol. Eigentlich nicht ungewöhnlich, schließlich kann man Alkohol zur Energiegewinnung auch einfach verbrennen.

Jedoch: "Die Kunst ist es, dies in so geordneten Bahnen zu tun, dass die Energie hinterher nutzbar ist", erklärt Robert Bittl, Professor am Fachbereich Physik der Freien Universität Berlin, der den Prozess zusammen mit seinem Kollegen Helmut Görisch, Professor für Technische Biochemie an der Technischen Universität Berlin, untersucht. Die Wissenschaftler denken, dass die Mechanismen des Bakteriums eines Tages vielleicht für Sensoren oder Biobrennstoffzellen genutzt werden könnten.

Für den Alkoholabbau ist im Bakterium ein bestimmtes Enzym zuständig. Wie jedes Protein gleicht es einem Wollknäuel, dessen Fäden aus Ketten von so genannten Aminosäuren bestehen. Darin befinden sich Taschen, in die ein Ethanolmolekül hineinpasst. Das alleine reicht aber nicht aus, um den Alkoholabbau in Gang zu setzen. Dazu bedarf es eines weiteren Faktors, von Experten Kofaktor genannt. Hier ist das ein Molekül mit so kompliziertem Namen, dass man besser nur die Abkürzung benutzt: PQQ (Pyrroloquinolin-Chinon). Beim Alkoholabbau in Pseudomonas aeruginosa spielt PQQ eine Schlüsselrolle.

... mehr zu:
»Biobrennstoffzelle »Enzym »Ethanol »PQQ »Prozess

"Wir wussten bisher nicht genau, wie es weiter geht, wenn das Ethanolmolekül die passende Tasche mit dem PQQ im Enzym gefunden hat", sagt Robert Bittl. Wie die Tasche aussieht, wurde schon vor einigen Jahren mit Röntgenstrahlen untersucht. Wissenschaftler ließen eine große Zahl der Enzyme zu einem Kristall wachsen und durchleuchteten dieses. "Es war aber nie möglich, das Enzym zusammen mit Alkohol zu kristallisieren", sagt der Biophysiker. Deshalb konnte man bisher auch nicht aufklären, wie das Ethanol in der Bindungstasche sitzt. Das ist aber entscheidend für die Frage, wie das Enzym den Alkohol abbaut.

Robert Bittl und seine Kollegen haben ihre physikalischen Methoden benutzt, um die Lage des Ethanols in der Tasche zu klären, wie sie in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences, USA berichten. Es zeigte sich, dass ihre Methode, für die sie Mikrowellen, Radiowellen und Magnetfelder einsetzen, auch dann funktioniert, wenn sie das Enzym zusammen mit dem Alkohol in ihre Apparatur gaben.

Das Ethanol nistet sich so in die Tasche ein, dass es sehr leicht ein positiv geladenes Wasserstoffatom an das Protein und dann ein negativ geladenes Wasserstoffatom an das PQQ abgeben kann. Dadurch setzt das Enzym eine Reaktion in Gang. Übrig bleiben ein oxidiertes, bereits teilweise abgebautes Ethanol und ein PQQ, das zwei Elektronen mehr hat als es braucht. In gewissem Sinn ist die Verbrennungsenergie damit auf das PQQ übergegangen. Danach verlässt das oxidierte Ethanol die Bindungstasche und die zwei Elektronen werden vom PQQ schrittweise über andere Proteine und Kofaktoren weiter gegeben. Diese Prozesse sind noch nicht vollständig geklärt. Am Ende entsteht ein elektrochemisches Potential über der Zellmembran, ähnlich wie in einer Batterie. Diese Energie nutzt die Bakterienzelle.

"Wenn man es schafft, das elektrochemische Potential abzugreifen, das bei dieser Reaktion entsteht, könnte man einen Sensor für Alkohole bauen", sagt der Biochemiker Helmut Görisch. Vielleicht könnten Biotechnologen die Vorlage aus der Natur sogar dazu verwenden, eine Biobrennstoffzelle zu bauen, die mithilfe von Alkohol elektrische Energie erzeugt. Da Pseudomonas aeruginosa den Abbau von Alkohol über Jahrmillionen verbessert hat, ist zu erwarten, dass es den Prozess sehr effizient durchführt. "Es ist aber nicht immer so, dass die Prozesse in der Natur genau für die Zweck optimiert sind, für die wie sie gerne einsetzen würden", meint Helmut Görisch. Das wird man erst wissen, wenn man die Funktionsweise des Enzyms genau verstanden hat.

Von Michael Fuhs

Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
Prof. Dr. Robert Bittl, Institut für Experimentalphysik der Freien Universität Berlin, Telefon: 030 / 838-56049, E-Mail: robert.bittl@physik.fu-berlin.de

Ilka Seer | idw
Weitere Informationen:
http://www.fu-berlin.de

Weitere Berichte zu: Biobrennstoffzelle Enzym Ethanol PQQ Prozess

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Dresdner Forscher drucken die Welt von Morgen
08.02.2017 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

nachricht Neues Verfahren bringt komplex geformte Verbundwerkstoffe in die Serie
23.01.2017 | Evonik Industries AG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie