Biokatalyysillä

Biokatalyysillä tarkoitetaan kemiallisten reaktioiden katalyysointia biologisten katalyyttien avulla, tyypillisesti entsyymien tai elävien solujen kautta. Biokatalyysiin liittyy usein korkea chemotse- ja stereoselektiivisuus sekä mahdollisuus toimia maltillisissa lämpötiloissa ja vesiliuoksissa. Tämä tekee siitä houkuttelevan lähestymistavan kestävään ja ympäristöystävälliseen synteesiin sekä teollisiin prosesseihin.

Käytännössä biokatalyysi toteutetaan useilla tavoilla. Vapaat entsyymit reagoivat liuoksessa, immobilisoidut entsyymit kiinnitetään tukimateriaaliin, jolloin niitä voidaan käyttää useita kiertoja ja helpottaa tuotteen erottelua. Koko-solupohjainen biokatalyysi käyttää mikrobeja tai soluja suoraan katalysoimaan reaktioita. Kofaktoreita voidaan kierrättää prosessin aikana, ja entsyymejä kehitetään tai valitaan erityisesti tehtävää varten esimerkiksi suunnatun evoluution tai rekombinanttisten menetelmien avulla.

Käyttökohteita on monipuolisesti: lääketeollisuus, elintarviketeollisuus, kemianteollisuus sekä ympäristö- ja bioteknologia. Reaktiot kattavat hydrolyysit, oksidoinnit, pelkistykset sekä erilaiset konversiot kuten transesterifikaatiot. Biokatalyysillä voidaan valmistaa lääkkeitä, luonnollisia tai synteettisiä yhdisteitä sekä tukea ympäristöystävällisiä tuotantoprosesseja ja kiertotaloutta.

Haasteina korostuvat entsyymien rajoitettu substraatti- tai tuotevalikoima, stabiilisuus, tuotantokustannukset sekä prosessin skaalaaminen. Joillakin prosesseilla voidaan tarvita lisäliuottimia tai kofaktoreita, mikä lisää monimutkaisuutta. Sääntely ja laadunvalvonta erityisesti lääketeollisuudessa ovat myös tärkeitä huomioitavia seikkoja.

Tulevaisuudessa biokatalyysi nähdään keskeisenä osana kestävää kemiaa. Uudet entsyymit sekä entistä tehokkaammat suunnatut evoluutiot ja syntetisaatiomekanismit laajentavat mahdollisuuksia, kun prosesseja yhdistetään perinteisiin kemiallisiin menetelmiin parantaen tuottavuutta ja pienentäen ympäristövaikutuksia.