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Bioorganische Chemie
Bioorganische Chemie behandelt das Grenzgebiet zwischen Biochemie und Organischer Chemie. Es kann zudem als ein interdisziplinäres Grenzgebiet zwischen Chemie, …
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Gegenstand und Bedeutung
Die Bioorganische Chemie ist ein Grenzgebiet zwischen Biochemie und Organischer Chemie; außerdem verbindet sie Chemie, Biologie, Pharmazie und Medizin. Sie untersucht Moleküle und Molekülklassen aus Lebewesen, beispielsweise Nukleinsäuren, Proteine und Zucker. Im Unterschied zur Biochemie, die häufig molekularbiologische Methoden einsetzt, liegt ihr Schwerpunkt darin, bekannte Reaktionen und Synthesemethoden der organischen Chemie auf Naturstoffe anzuwenden.
Sie gewinnt für die Herstellung organischer Stoffe an Bedeutung, weil organische Ausgangsverbindungen, die Edukte, mithilfe von Biokatalysatoren umgesetzt werden können. Bei solchen Reaktionen heißen die Edukte Substrate.
Biokatalytische Herstellung und ihre Grenzen
Man unterscheidet die Ganzzell-Katalyse, die als „Black-Box“ bezeichnet wird, von der molekularen Umsetzung mit isolierten Enzymen in Lösung. Ein wichtiger Vorteil ist die Enantiomerenreinheit: Durch eine gezielte Wahl des Enzyms lässt sie sich erreichen. Die Enantioselektivität, also die Bevorzugung eines bestimmten Enantiomers, ist bei enzymatischen Umsetzungen meist deutlich höher als bei nicht katalysierten Umsetzungen.
Eine Schwierigkeit der Prozessführung besteht darin, dass die meisten Enzyme in hydrophoben Lösungsmitteln einen großen Teil ihrer Enzymaktivität verlieren. Hydrophobe organische Substrate müssen deshalb solubilisiert, also in Lösung gebracht werden, etwa durch Detergenzien oder Cyclodextrine. Zudem muss das Produkt aus einer oft heterogenen Reaktionsmasse abgetrennt werden; dafür wird häufig eine einfache Extraktion mit einem organischen Lösemittel verwendet.
Gezielte Weiterentwicklung von Enzymen
Protein-Engineering ermöglicht die gesteuerte Weiterentwicklung bereits vorhandener Enzyme. Dadurch können Biokatalysatoren für Prozesse verbessert werden, etwa hinsichtlich Enantiomerenreinheit, Substratvariabilität und Lösemitteltoleranz. Die Bioorganische Chemie ist somit in die gesteuerte evolutive Entwicklung von Biokatalysatoren eingebunden und stellt ein Anwendungsgebiet dieser Entwicklung dar.