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Photochemie mit Enzymkatalyse Neue chemische Reaktionen mit Enzymen dank blauer LEDs

| Redakteur: M.A. Manja Wühr

Biochemiker der Princeton University aus den USA konnten zeigen, dass durch Bestrahlung mit blauen LEDs neuartige Reaktionen bei Enzymen ausgelöst werden können, die bisher in der Natur unbekannt waren. Prof. Dr. Uwe Bornscheuer von der Universität Greifswald hat diese Entdeckung als bahnbrechend eingeordnet.

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Durch Bestrahlung mit blauen LEDs können neuartige Reaktionen bei Enzymen ausgelöst werden, die bisher in der Natur unbekannt waren.
Durch Bestrahlung mit blauen LEDs können neuartige Reaktionen bei Enzymen ausgelöst werden, die bisher in der Natur unbekannt waren.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

Greifswald – Enzym-katalysierte Reaktionen sind hoch genau, sehr effizient und laufen unter milden Reaktionsbedingungen. Um diese Vorteile für bisher neuartige Reaktionen zu nutzen, verknüpft die Arbeitsgruppe von Prof. Todd Hyster von der Princeton University ein Konzept aus der Photochemie mit Enzymkatalyse. Hierbei bindet ein bestimmtes Enzym (eine Ketoreduktase) zusammen mit seinem natürlichen Kofaktor eine bestimmte organische Verbindung, die dann bei Bestrahlung mit blauen LEDs reagiert. Dabei entstehen zunächst Radikale, die dann zu einem chiralen Produkt führen. Dieses so genannte Enantiomer ist vor allem für pharmazeutische Wirkstoffe von Interesse, da bei solchen Verbindungen Bild- und Spiegelbild nicht deckungsgleich sind und sie häufig eine ganz bestimmte biologische Wirkung haben.

Prof. Dr. Uwe Bornscheuer, Institut für Biochemie der Universität Greifswald: „Überraschend ist zum einen, dass die vom Enzym gebundene organische Verbindung nicht dem üblichen Substrat dieses Enzyms entspricht und eigentlich gar nicht reagieren dürfte.“
Prof. Dr. Uwe Bornscheuer, Institut für Biochemie der Universität Greifswald: „Überraschend ist zum einen, dass die vom Enzym gebundene organische Verbindung nicht dem üblichen Substrat dieses Enzyms entspricht und eigentlich gar nicht reagieren dürfte.“
(Bild: Foto: Oliver Böhm)

Diese Entdeckung nach Einschätzung von Prof. Dr. Uwe Bornscheuer, Institut für Biochemie der Universität Greifswald, ist aus mehreren Gründen bemerkenswert: „Überraschend ist zum einen, dass die vom Enzym gebundene organische Verbindung nicht dem üblichen Substrat dieses Enzyms entspricht und eigentlich gar nicht reagieren dürfte. Zum anderen konnte das Team um Professor Hyster mit einer Vielzahl von Experimenten eindeutig belegen, dass die Reaktion mit hoher Selektivität, für eine ganze Palette von Verbindungen und vor allem auch je nach Wahl des Enzyms entweder das 'Bild' oder das 'Spiegelbild' des Produktes ergibt. Unbekannt war zudem bislang, dass es durch die Lichtanregung zur Ausbildung von Radikalen kommt, die dann im Enzym helfen, selektiv ein Wasserstoffmolekül zu übertragen“, erklärt Prof. Dr. Uwe Bornscheuer. Dieses neue Grundprinzip enzymatische Reaktionen durch Lichtanregung zu ergänzen ist sicherlich für eine ganze Reihe unterschiedlichster Biokatalysatoren anwendbar und sollte das Portfolio an Produkten, die nun über umweltfreundliche Verfahren zugänglich sind, substanziell erweitern.

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