Metabolische

• Serin-proteasen:                 Schweine Leber Esterase, Chymotrypsin, Trypsin
• Carboxy-proteasen:             Pepsin (Asp), Chymosin (Asp)
• Thiol-proteasen (Cysteinproteasen): Papain, Caspasen 

Die Reaktion findet nach folgender Reaktionsgleichung statt und wird von der Hexokinase katalysiert:

Hierbei wird ATP als stöchiometisches Cosubstrat benötigt. Dieses kann aus dem kostengünstigeren PEP regeneriert werden unter Zuhilfenahme der Pyruvatkinase. 

Das 4-Hydroxypentanitril wird zuerst nach folgendem Mechanismus zur 4-Hydroxypentansäure gemacht:

Diese reagiert dann selbsttändig weiter und cyclisiert sich zum Lacton. 

Die sog. Baeyer Villiger-Oxidation bildet aus monocyclischen Ketonen die dazugehörigen Lactone. Dies wird von der Baeyer-Villiger-Monooxygenase aus Pseudomonas putida katalysiert. Es dient O₂ als Sauerstoffdonor und NADH₂ reduziert das übrige O zu H₂O.

Im Falle des Beispiels von (S)-Deltadecalacton, ist R = Pentyl

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Umsetzung des racemischen Gemischs mit einem enantiomerenreinen Substrat zu Diastereomeren Salzen (D-L und L-L). Diese können durch Kristallisation oder Chromatographie getrennt werden, da sich die Eigenschaften von Diastereomeren unterscheiden. Mittels chiraler Phasen Chromatographie können auch Enantiomerengemische / Racemate gespalten werden. 

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Esterase-Mechanismus:

Mikrobielle Entracemisierung:

Oxidation zur Carbonylgruppe sowie stereo- /enantioselektive Reduktion zum OH. (NAD regeneriert sich selbst)

→ Pantolacton ist Ausgangsstoff für Pantothensäure = Vitamin B₅  

• Cyclodextrine sind Cyklische Moleküle aus α-1,4-glycosidisch verknüpften Glucose-Molekülen. 

α-Cyclodextin  → 6 Glc-Einheiten β- Cyclodextin → 7 Glc-Einheiten γ- Cyclodextin  → 8 Glc-Einheiten

• Herstellung:  Aus dem Abbau von Stärke mit α-Amylase erhaltene Maltodextrine werden mit Hilfe der

Cyclomaltodextringlucano-transferase aus Bacillus macerans Cyclodextrine aus 6-12

Glucoseeinheiten erzeugt (Hauptprodukt: β-Cyclodextrin (7 Glc-Einheiten)

• Verwendung:  Stabilisierung von Vitaminen und Aromastoffen,        geschmackliche Neutralisierung von Bitterstoffen 

???

Beispiele:                  2- Hexanon  

                                 2- Nonanon 

                                  2- Undecanon  

                                 2- Tridecanon

→ Sie entstehen alle aus den direkten Vorläufermolekülen, die genau um eine Säuregruppe (CO₂) länger sind:

Die Säuren als Vorläufermoleküle entstammen der β-Oxidation (sie werden aus dem Zyklus entfernt, indem die Thiohydrolase die Thioesterbindung zum Acetyl-CoA hydrolysiert). 

• Hydrolasen: 

Lipasen:                      Triglyceride + H₂O → Glycerin + 3FS

 Esterasen:                  R₁CO-O-R₂ + H₂O → R₁-COOH + HO-R₂

 Proteasen:                  R₁-NH-CO-R₂ + H₂O → R₁-NH₂ + HOOC-R₂ 

Nitrilasen:                 R-C≡N + 2 H₂O → R-COOH + NH3

• Vorteile:  

Keine Cofaktoren

Vielzahl verfügbarer Enzyme

Günstig

Stabil

• Bedeutung:

Wichtigsten enzymkatalysierten Reaktionen sind hydrolytische Transformationen von Amid- und Esterbindungen (ca. 30 % aller Anwendungen)

Kinasen (Transferasen):              - regio- und enantioselektive Bildung von Phosphatestern

                                                   - Keine Mehrfachphosphorilierung

Hexokinase:                 D-Glucose + ATP → D-G6P + ADP

Glycerolkinase: Hydroxyaceton + ATP → DHAP + ADP 

Trnasgener Pilzstamm:              - Aspergillus Niger mit 3 gentechnischen Modifikationen

                                                 - Siehe Frage 35

Rückgewinnung:                      - durch Kristallisation 

- Chemoselektivität: greift nur eine funktionelle Gruppe an, Esterhydrolyse-/-Acetalspaltung 
- Regio- / Diastereoselektivität: erkennen gleiche funktionelleGruppen an verschiedenen Stellen im Molekül, 
setzt nur eine um
- Enantioselektivität: prochirale Verbindungen werden zu optisch aktiven Produkten umgesetzt, 
oder die Enantiomeren einer racemischen Mischung reagieren 
unterschiedlich schnell (kinetische Racematspaltung)

- Enzyme werden in der Natur nur in einer Enantiomerenform gebildet (nur S-AS)
- Variationen der Reaktionsbedingungen limitiert (Temp., pH, …)
- Höchste Aktivität in Wasser
- Enzyme benötigen ihre natürlichen Cofaktoren bzw. Cosubstrate (teilweise sehr teuer)
- Enzyme zeigen Inhibierungsphenomäne
- Enzyme lösen Allergien aus

1. NAD⁺/NADH; NADP⁺/NADPH
2. ATP; GTP; UTP; CTP
3. SAM ()
4. Acetyl-CoA
5. Flavine (Riboflavin=Vit. B₂)
6. Pyridoxalphosphat
7. Metall-porphyrin-Komplex

Enzym: L-Aspartase wird in Methylierter Form eingesetzt Substrat: Fumarsäure

LM-Zusatzstoff: Aspartam (L-Asp-L-Phe-OMe) 

Es entsteht jeweils Enzym-OH und   H₂O:  R₁COOH (Carbonsäure); 

                                                                     R-OH:  R-O-CO-R₁ (Ester); 

                                                                     R-NH₂: R-NH-CO-R₁ (Amid/Peptid); 

                                                                      H₂O₂: R₁-CO-OOH (Peroxosäure) 

Ein Enantiomer eines Racemats wird von einem Enzym deutlich schneller umgesetzt als das andere. Durch die kinetische Bevorzugung des einen, bleibt das andere Enantiomer unverändert zurück. Nun kann das enantiomerenreine Produkt abgetrennt werden.

Beispiel:  Amidase spaltet bei einem racemischen Gemisch von L-AS-Amid und D-AS-Amid nur die natürlich vorkommende L-Form.

Glutamat wird in großen Mengen als Geschmacksverstärker benötigt.

Produktion: durch Corynebakterium Glutamicum-Mutante: 

Gesteigerte Aktivität der PEP-Carboxylase (reduziertes Feedback durch Glutamat), GlutamatDH, Isocitrat-Lyase und Malat-Synthetase 

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Formiat DH:

Alkohol DH:  

Glucose DH bzw. Glucose-6-phosphat DH: 

Lipoxygenasen gehören zur Gruppe der Dioxygenasen. Sie katalysieren die Addition von O₂ an eine DB von ungesättigten Fettsäuren. Hierbei wird die DB umgelagert. Dabei entsteht aus einem nichtkonjugierten 1,4-Pentadien-System ein konjugiertes 2,4-Dien. Reaktion:  R-H + O₂ → ROOH 

Bedeutung:  Der erste Schritt bei der Herstellung von Lactonen (delta-Lacone als Fruchtaromen).               Das Hydroperoxid kann z.B. mit NaBH₄ reduziert werden zum Alkohol             dann kann eine Cyclisierung zum delta-Lacton folgen oder eine mehrfache Betaoxidation  

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) 

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.