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Sprache Deutsch
Stufe Universität
Erstellt / Aktualisiert 30.06.2021 / 04.07.2021
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Zeichnen Sie die Strukturformel der Aminosäure, die mit einer Weltjahresproduktion von > 1 Mio t die industriell bedeutendste ist! Mit welchem Verfahren wird sie hergestellt? Wozu wird sie verwendet?

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Glutamat wird in großen Mengen als Geschmacksverstärker benötigt.

Produktion: durch Corynebakterium Glutamicum-Mutante, die eine gesteigerte Aktivität der PEP-Carboxylase (reduziertes Feedback-Inhibition durch L-Glutamat), der Glutamat-DH, der Isocitrat-Lyase und der Malat-Synthetase zeigt.

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Welche vier Substrate können in enzymatischen Reaktionen für die Regeneration von ATP aus ADP eingesetzt werden? Geben Sie die Bruttoreaktionsgleichung an und benennen Sie die beteiligten Enzyme!

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Enzyme können die Hydrolyse von Nitrilen zu Carbonsäuren katalysieren. Zeigen Sie die beiden möglichen Biotransformationswege auf und benennen Sie die beteiligten Enzyme!

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  • Nitrilasen hydrolisieren 2 mal (addieren 2 mal Wassermoleküle hinzu) und es entsteht eine Carbonsäure.
  • Nitril-Hydratasen hydrolisieren nur einmal und daraus resultierende Amid wird von einer Amidase zu einer Carbonsäure hydrolysiert. 
  • Nitrilasen hydrolisieren v.a. aromatische heterocyclische und ungesättigte aliphatische Nitrile, wobei Nitril-Hydratasen v.a. gesättigte aliphatische Nitrile hydrolisieren. 
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Welche drei enzymatisch katalysierte Reaktionen können für die Regeneration von NAD(P)H bei Biotransformationen eingesetzt werden? Geben Sie die Bruttoreaktionsgleichungen an und nennen Sie die beteiligten Enzyme!

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  • Formiat DH (im Industriemaßstab)
  • Alkohol DH (schlechte Umsatzrate und Deaktivierung von Enzymen durch Ethanol und Acetaldehyd => wird nicht oft verwendet)
  • Glucose DH bzw. Glucose-6-Phosphat DH (ird auch nicht oft verwendet)
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Welche Substanzen werden von Lipoxygenasen umgesetzt? Wie heißen die gebildeten Produkte und wo spielt diese Reaktion eine wichtige Rolle? Geben Sie die Bruttoreaktionsgleichung an!

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Lipoxygenasen gehören zur Gruppe der Dioxygenasen. Sie sind Enzyme, die mehrfach ungesättigte Fettsäuren mit zwei Sauerstoffatomen zu Eicosanoiden oxidieren. Lipoxygenasen erkennen nicht konjugierte 1,4-Pentadiensysteme und hängen an das lezte C, das noch zum Pentadiensystem gehöhrt, O2 dran. Dabei entsteht aus einem nicht konjugierten 1,4-Pentadien-System ein konjugiertes 2,4-Dien.

Sie spielen bei der alternativer biochemischer Abbaumechanismus für Fettsäuren eine wichtige Rolle. 

 

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Erläutern Sie den industriell eingesetzten enzymatisch katalysierten Prozess zur Herstellung von Aspartam!

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Der Peptidsüßstoff Aspartam (L-Asp-L-Phe-OMe) hat die 200-fache Süßkraft von Saccharose. Bei der Reaktion findet eine kinetische Racematspaltung des D,L-Phe-OMe Racemats statt (Bevorzugung von L-Phe-OMe). 

Zuerst setzt Thermolysin im organischen Lösungsmittel (Isoamylalkohol) Z-L-Asparaginsäure enantioselektiv mit L- Phenylalanin-OMe zu einem Peptid um. Die unnatürliche L-Aminosäure wird durch ein nicht näher beschriebenes Verfahren wieder racemersisiert. Anschließend wird nach einer Aufreinigung die Schutzgruppe Z entfernt.

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Was versteht man unter „Cross-linked enzyme crystals (CLECs)“? Wie werden Sie hergestellt? Welche Vorteile haben sie? Erläutern sie die Herstellung von CLEC (cross-linked enzyme crystals) anhand von Strukturformeln!

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Für die kovalente Quervernetzung von Enzymen werden bivalente Reagenzien, also Reagenzien die an zwei Stellen andere Moleküle binden können, benötigt. Die Enzyme werden entweder mit sich selbst vernetzt, Cross-Linking genannt, oder mit anderen Füllproteinen z.B. Albumin zwischen den einzelenen Enzymen vernetzt, Co-Cross-Linking gennant.

Eine einfache Methode ist die Ausbildung von Gelatiene-ähnlichen Aggregaten. Diesen  Zustand kann man durch Ausbildung vernetzer Enyzmkristalle, Cross-linked enzyme crystals (CLECs), erreichen. Hierbei wird das bifunktionelle (Zwei funktionelle Gruppen) Aggenz Glutaraldehyde verwendet, welche die Proteine über Lysin Seitenketten quervernetzt. Hierbei entstehen Schiffsche Basen (Enzym-N=C). Die Proteine sind also über Schiffsche Basen miteinader verbunden.

Vorteil: erhoehte Stabilitaet

CLECs sind Aggregate aus kovalent verbundenen Enzymen. Das Quervernetzen (oder crosslinking) geschieht durch ein bifunktionales Reagenz (sog. Crosslinker). Enzyme sind schwierig wieder zu gewinnen und haben oft eine geringe Toleranz bezüglich Substrat-bzw. Produktkonzentration (Produktinhibition). Die Immobilisierung und kontinuierliche Produkternte bringt hier Abhilfe.

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Skizzieren Sie die Biotransformation von D-Glucose zu D-Gluconsäure durch Aspergillus niger! Geben Sie die Bruttoreaktionen und beteiligte Enzyme an!

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1. Oxidation der Glucose zum Gluconolacton durch die Glucoseoxidase

2. Selbstständige Hydrolyse des Lactons zur Gluconsäure

3. Das bei der Oxidation verbrauchte FAD wird durch O2 regeneriert. Das entstehende H2O2 wird von der Catalase zersetzt