Biokatalysator

Biokatalysatoren sind polymere Biomoleküle, die biochemische Reaktionen in Organismen beschleunigen oder verlangsamen, indem sie die Aktivierungsenergie der Reaktionen herab- oder (seltener) heraufsetzen. Sie gehen selbst unverändert aus den Reaktionen hervor und können somit viele Reaktionszyklen hintereinander katalysieren.

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Berzelius verwendete als erster wissentlich einen Biokatalysator zur Hydrolyse von Stärke.

Enzyme und Ribozyme

Zumeist handelt es sich bei Biokatalysatoren um Enzyme. Diese bestehen aus einer Kette von Aminosäuren und sind daher Proteine. Als Substrat bezeichnet man die Verbindung, die von einem Enzym umgesetzt wird. Als Inhibitor wird eine Verbindung bezeichnet, die eine enzymatische Reaktion verlangsamt oder blockiert.

Gerne werden Enzyme auch an ein Trägermaterial gebunden, man bezeichnet einen derartigen Biokatalysator dann als immobilisiertes Enzym. Die Vorteile dieser Technik sind, dass der Biokatalysator dann länger stabil bleibt und leichter von dem Reaktionsgemisch wieder entfernt werden kann.

Besteht der Biokatalysator aus Ribonukleotiden, dann handelt es sich um eine katalytisch wirksame Ribonukleinsäure, die man funktionell zu den selteneren Ribozymen zählt.

Biokatalysatoren ermöglichen die biochemischen Reaktionen und physiologischen Prozesse aller Lebewesen. Ohne Biokatalysatoren wäre das Leben, wie wir es auf der Erde vorfinden, undenkbar.

Verwendung

Biokatalysatoren werden aber auch in der organischen Synthese verwendet, da man damit unter sehr milden Reaktionsbedingungen Produkte mit hoher Reinheit herstellen kann. Ein weiterer Vorteil von Biokatalysatoren besteht darin, dass man chiral reine Produkte erhält (die Bildung eines Enantiomers ist zumeist bevorzugt). Bei einer chemischen Synthese hingegen entstehen die beiden Enantiomere einer chiralen Verbindungen zumeist in einem 50:50 Verhältnis.

Für industrielle Zwecke eingesetzte Biokatalysatoren sind Lipasen, Esterasen, Proteasen, Amylasen und Oxidasen.

Dabei werden die Biokatalysatoren nicht nur in wässrigen Reaktionsmedien (Puffer) eingesetzt, sondern sind auch in organischen Lösungsmitteln aktiv. Seit Mitte der 80er ist auch bekannt, dass man Biokatalysatoren in überkritischen Fluiden einsetzen kann.

Ein Beispiel für einen Biokatalysator ist Chymotrypsin, er katalysiert die Spaltung von Eiweißketten. Im Labor wäre dafür konzentrierte Salzsäure bei Siedetemperatur nötig.

Siehe auch Enzym, Biologie, Katalysator, Autokatalyse, homogene Katalyse, heterogene Katalyse, Katalysatorgift