biokatalytische

Biokatalytische Prozesse verwenden biologische Katalysatoren, meist Enzyme, um chemische Reaktionen zu beschleunigen. Enzyme sind hochspezialisierte Proteine, die oft enantio- und regioselektiv arbeiten. Auch ganze Zellen oder zellfreie Systeme können als Biokatalysatoren dienen. Die Biokatalyse umfasst sowohl isolierte Enzyme als auch ganze Reaktionsnetzwerke in lebenden Organismen.

Zu den Vorteilen zählen milde Reaktionsbedingungen (typischerweise moderate Temperaturen und pH-Werte), geringe Nebenprodukte, hohe Spezifität und die Fähigkeit, komplexe, chiral gebaute Produkte herzustellen. Biokatalytische Prozesse sind oft umweltfreundlicher, nutzen erneuerbare Rohstoffe und ermöglichen eine effiziente Cofaktorregeneration. Nachteile betreffen begrenzte Substratspektren, Empfindlichkeit gegenüber Denaturierung, Kosten der Enzymproduktion und Herausforderungen bei der Skalierung.

Techniken wie Enzymdesign und gerichtete Evolution, Enzymimmobilisierung und Cofaktorregeneration erhöhen Stabilität und Leistungsfähigkeit. Whole-Cell-Katalyse kann Stabilität erhöhen und ermöglicht die Nutzung von Substraten, die von isolierten Enzymen schwer verarbeitet werden. Prozessführung umfasst Enzymproduktion, Reaktionsoptimierung, Aufreinigung und Recycling von Enzymen.

Anwendungsgebiete reichen von der Synthese chiraler Pharma- und Feinchemikalien über Lebensmittel, Kosmetik und Duftstoffe bis hin zu Biokatalyse in der Umwelttechnik und der Produktion nachhaltiger Kraftstoffe. Die Biokatalyse hat sich in den letzten Jahrzehnten durch Fortschritte in Gentechnik und Proteinengineering erheblich erweitert.