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Darstellung des CYP153 Model-Multicluster Proteinsystems und die angestrebte Kopplung des Enzyms an CNT-Elektroden. Durch den direkten Elektronentrasfer von CNT-Elektroden auf das Enzym kann auf die Reduktase (FdR) und den Kofaktor (NADH) verzichtet werden. (Fdx: Eisen-Schwefel Cluster, P450: Cytochrom P450 Monooxygenase, FdR: Ferredoxin Reduktase)

Darstellung des CYP153 Model-Multicluster Proteinsystems und die angestrebte Kopplung des Enzyms an CNT-Elektroden. Durch den direkten Elektronentrasfer von CNT-Elektroden auf das Enzym kann auf die Reduktase (FdR) und den Kofaktor (NADH) verzichtet werden. (Fdx: Eisen-Schwefel Cluster, P450: Cytochrom P450 Monooxygenase, FdR: Ferredoxin Reduktase)

CNT-Elektroden für den direkten Elektronentransfer auf optimierte P450 Protein Systeme

Enzymeengineering und Screening in bioelektrochemischem Mikrotiterplattensystem mit immobilisierten Enzymen

Projektname: ElektroZym
Carbon Nanotube (CNT) Elektroden für den direkten Elektronentransfer auf optimierte P450 Protein Systeme: Enzymeengineering und Screening in elektrochemischem Mikrotiterplattensystem
Projektleiter: Dr. Ramona Samba
Geldgeber: BMBF
Projektträger: Projektträger Jülich
FKZ: 031A179B
Laufzeit von: 01.11.2012
Laufzeit bis: 30.10.2015

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer P450 Monooxygenase, die durch eine Elektrode auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) direkt und effizient reduziert wird. Als Basis dient ein neuartiges Screeningsystem, das die Optimierung des Enzym-Elektroden-Interfaces mittels Enzyme Engineering erlaubt.
Bei Erreichen des Projektzieles kann durch Upscaling der Enzymelektrode der neue Prozess für die enzymatische Produktion von hochwertigen Produkten, wie Diolen und Hydroxyfettsäuren eingesetzt werden

Beschreibung

Die Biotechnologie trägt dazu bei, Produktionsverfahren zu entwickeln, die ressourcenschonend und umweltfreundlich sind. Insbesondere bei der Herstellung von Pharmabausteinen sind sie die Methode der Wahl. Bei der Herstellung von Grundchemikalien ist man allerdings weniger erfolgreich, da die entsprechenden Enzyme oft nicht verfügbar sind oder nicht die für ein wirtschaftliches Verfahren notwendigen Aktivitäten aufweisen. Insbesondere weisen enzymatisch-katalysierter Oxidationen ein großes Anwendungspotential auf, da sie z.B. C-H Bindungen selektiv oxidieren können.
Trotzdem ist anzumerken, dass auch diese Prozesse mit zahlreichen Problemen verbunden sind und daher deren Potential bis dato noch lange nicht ausgeschöpft ist. Dieses Projekt würde einen Beitrag dazu leisten, Oxidationsreaktionen im industriellen Maßstab zu etablieren.
In diesem Tandemprojekt wird komplementäres Fachwissen aus dem Gebiet der Biokatalyse und Enzym Engineering, sowie der Mikrosystemtechnik und der Elektrochemie eingebracht. Das Projekt passt in die aktuelle Ausschreibung für Tandemprojekte Biotechnologie 2020+. Zahlreiche Schwerpunkte, welche auch im Fachgespräch Prozessenergie diskutiert wurden, sind bedeutende Meilensteine im diesem Projekt.
P450 Monooxygenasen sind komplexe Enzymsysteme und werden heute nur in wenigen Ganzzellprozessen eingesetzt. Einfachere enzymbasierte Verfahren bieten hier die Perspektive einer höheren Raumzeitausbeute und Volumenaktivität und würden somit die Herstellung von großen Produkten wie Butanol, Butandiol aus Butan oder -Hydroxyfettsäuren aus Fettsäuren in hohen Ausbeuten ermöglichen.
Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer P450 Monooxygenase, die durch eine Elektrode auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) direkt und effizient reduziert wird. Als Basis dient ein neuartiges Screeningsystem, das die Optimierung des Enzym-Elektroden-Interfaces mittels Enzyme Engineering erlaubt.
Bei Erreichen des Projektzieles kann durch Upscaling der Enzymelektrode der neue Prozess für die enzymatische Produktion von hochwertigen Produkten, wie Diolen und Hydroxyfettsäuren eingesetzt werden.

Projektpartner

  • Institut für Technische Biochemie der Universität Stuttgart, Prof. Dr. B. Hauer

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