Metabolische

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. 

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  

Vitamin C  =  Ascorbinsäure

Vitamin B₂  =  Riboflavin

Vitamin B₁₂  =  Cyanocobalamin 

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Bt Mais ist eine gentechnisch veränderte Maissorte, die das Gen für das Toxin des Bakteriums Bacillus thuringiensis (Bt-Toxin) trägt. Dieses Gen codiert für eine Toxinvorstufe, die erst im Maiszünsler toxisch wird und für andere Organismen unschädlich ist.  

• 1 I.U. = 1 International Unit= 1 μmol Produkt (Substrat) pro 1 Minute
• turnover number (Wechselzahl): Anzahl Substratmoleküle, die ein Enzym in einer bestimmten Zeit (meißt 1 sec) umsetzen kann (meißt 10-100). 

Grüne Biotechnologie---Landwirtschaft, Pflanzenbiotechnologie

Rote Biotechnologie---Medizin/Pharmazeutik

Blaue Biotechnologie---Produkte aus dem Meer

Weiße Biotechnologie---Industrieprozesse

Graue Biotechnologie---Abfallwirtschaft

Braune Biotechnologie---Technische/Umwelt-Biotechnologie

Gelbe Biotechnologie---Herstellung von Lebensmitteln und Grundstoffen

1. Dioxigenase (Oxidoreduktasen)            - R1=R2 + O2 → HR1-R2-OOH 
2. Lyase 

3. - Hydrolase    Spaltet L-Amide in die Säure und Ammoniak (kin. Racematspaltung)

4. Transferase---Reaktion: R-COOH + Pyridoxalphosphat → R-CONH₂ (Amid) 

5. - Isomerase---kann die D- und die L-Form von Alanin ineinander umwandeln

6. -Ligase---Erzeugt Acetyl-CoA aus Acetat und CoenzymA unter ATP-Verbrauch---ATP + Acetate + CoA → AMP + PPi + Acetyl-CoA

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 - Geschmacksverstärker (Glutamat)

• Futterzusatz (Lysin, Methionin, Tryptophan, Threonin)
• Aspartam-produktion (Aspartat, Phenylalanin)
• Süßstoff (Glycin)
• Medizin/Kosmetik (Arginin,…)
• Pflanzenschutzmittel 

AS--------------------------------Herstellungsprozess---------------------Produktion [t pro Jahr]------Verwendung

L-Glutamat---------------------Fermentation------------------------------>1 000 000---------------------Geschmacksverstärker

L-Lysin--------------------------Fermentation, Enzymreaktor----------200 000--------------------------Futterzusatz

D,L-Methionin----------------chemische Synthese---------------------200 000-------------------------Futterzusatz

Produkte: Enantiomerenreine Alkohole

Nebenprodukte: Gujakolpolymer 

- Die regioselektive Oxidation von D-Sorbitol zu L-Sorbose wird von Acetobacter Suboxidans geleistet. - Vorteile: regioselektive Oxidation von nur einer der endständigen OH-Funktionen (chemisch würden hier mehrere

Schutzgruppen benötigt) 

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 

• Phosphinotricin ist ein Strukturanalogon zu Glutaminsäure
• Phosphinotricin hemmt die Glutaminsynthetase (normalerweise Feedbackinhibierung durch Glutamin) 
• Dadurch reichert sich NH₃ an , welchse toxisch ist

Transformierte Pflanzen bekommen das Gen für die Phosphinotricin acetyltransferase, welche die Aminogruppe von Phosphinotricin acetyliert und das Antibiotikum somit unschädlich macht

• Ausbeute erhöht: keine Extraktion, keine Emulsion, niedrig-siedende Lösungsmittel
• Unpolare Substrate werden besser umgesetzt wegen erhöhter Löslichkeit
• Mikrobielle Kontamination ist vernachlässigbar (Industriemaßstab)
• Nebenreaktionen wie Hydrolysen, Razemisierung, etc. sind unterdrückt
• Enzyme können durch einfache Filtration abgetrennt werden
• Erhöhte Stabilität der Enzyme (Denaturierung durch hydrolytische Prozesse erniedrigt)
• Erhöhte Substrat-, Regio-, und Enantioselektivität da Enzyme in organischen Lösungsmitteln nicht mehr so flexibel sind
• Verschiebung des thermodynamischen Gleichgewichts einer Hydrolysereaktion zugunsten der Synthesereaktion 

Der in der Rückreaktion entstehende Ester R-CO-O-A wird bevorzugt in der R-konfigurierten Form entstehen. Der R-Ester scheint besser in die aktive Tasche zu passen als der S-Ester somit wird auch dies der bevorzugte Weg auf der Rückreaktion sein. 

Pyruvat Carboxylase, Malat Dehydrogenase, Citrat Synthase -> Erhöhung der Aktivitätenum mehr Vorläufer (Oxaloacetat durch Pyruvat-Carboxylase) herzustellen, dann verstärkte Herstellung von Citrat (aus Oxalacetat durch Citrat Synthase) und verstärkte Herstellung von Malat (aus Oxalacetat durch Malat Dehydrogenase) weil Malat in Malat/Citrat-Antiporter Citrat aus Mitochondrium in Cytplasma transportiert wird. 

• Vielzahl verfügbarer Enzyme
• günstig
• stabil
• auch für umgekehrte Reaktion (Ester- bzw. Amidsynthese) einsetzbar →in organischen Lösungsmitteln mit geringer Wasseraktivität 

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Kinasen katalysieren die regio- und enantioselektive Bildung von Phosphatestern unter Verbrauch von ATP als Cosubstrat. 

Weitere Beispiele: Hexokinase (Glc → Glc6P) , Glycerolkinase (Glycerinaldehyd → GA3P)

Monooxygenasen:              - Substrat + Donor-H₂ + O₂ → Substrat-O + Donor + H₂O

• Beispiel:              Methan-Monooxygenase, Epoxidase, Steroid-Monooxygenase, Monoterpen-

Monoxygenase, Baeyer-Villiger-Monooxygenase, Polyphenol-Oxidase

Dioxygenasen:                - Substrat + O₂ → Substrat-O₂

• Beispiel: Lipoxygenase, alpha-Oxidase (=alpha-Dioxygenase) 

Phenylalanin-Ammoniak-Lyase (PAL):

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

• Vitamin C  = Ascorbinsäure
• Vitamin B₂  = Riboflavin
• Vitamin B₁₂  = Cyanocobalamin 

→ Acetobacter suboxydans katalysiert die regioselektive Oxidation von D-Sorbitol zu L-Sorbose beim Reichstein

Gruessner Prozess zur Herstellung von Vitamin C. 

→ Nachteile einer chemischen Oxidation im Vergleich: - mögliche Mehrfachoxidation

• toxische Metallkatalysatoren (Nebenreaktionen)
• Keine Spezifität (Regio-und Enantioselektivität)
• Sauerstoff wird nicht effizient eingebaut