Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Enzymatische Lacton-Synthese - Teilvorhaben 2: Bioverfahrenstechnik der in vitro Biokatalyse

Anschrift
DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. - Karl-Winnacker-Institut - Arbeitsgruppe Bioverfahrenstechnik
Theodor-Heuss-Allee 25
60486 Frankfurt am Main
Kontakt
Dr. rer. nat. Jens Schrader
Tel: +49 69 7564-422
E-Mail: schrader@dechema.de
FKZ
22000504
Anfang
01.07.2004
Ende
30.04.2006
Ergebnisdarstellung
In der 21monatigen Förderphase wurde die grundsätzlichen Machbarkeit der folgenden Forschungsansätze nachgewiesen: 1. Regioselektive Hydroxylierung an den lactonrelevanten C-Atomen in mittelkettigen und/oder langkettigen Fettsäuren. 2. Elektrochemische Kopplung von Fettsäure-hydroxylierenden Monooxygenasen P450 BM-3 an ein elektronenlieferndes elektrochemisches System. Die Abscheidung der Enzyme in leitfähige Polymere lässt sich elektrochemisch oder chemisch durchführen. Im Vorhaben der DECHEMA konnte gezeigt werden, dass die bei der elektrochemischen Immobilisierung fließende elektrische Ladung einen vernachlässigbaren Effekt auf die Enzymaktivität hat und damit schonender für die P450 Monooxygenasen ist als eine chemische Polymerisierung. Die Abscheidung von Polypyrrol (PPy) auf der Elektrode wurde in verschiedenen Puffern untersucht und ein optimiertes System für den Einschluss aktiver Enzyme identifiziert. Zur Kontrolle, ob in dem Polymer ein aktives Enzym abgeschieden werden konnte, wurden dem Ansatz ohne Anlegen eines elektrischen Potentials 12-(4-Nitro-phenoxy)-dodekansäure (12-pNCA) als Surrogat-Substrat sowie NADPH als natürlicher Elektronendonator zugesetzt. In einem Reaktor mit der P450-Polypyrrol-Elektrode konnte die Produktbildung gemessen werden. Aus diesem Ergebnis lässt sich ableiten, dass aktives Enzym in dem Polymer abgeschieden wurde. Im Weiteren wurde untersucht, ob der natürliche Elektronendonator NADPH durch einen direkten Elektronentransfer von der Elektrode substituiert werden kann, um die grundsätzliche Machbarkeit einer elektrochemisch angetriebenen Biokatalyse mit P450 Monooxygenasen im Polypyrrolfilm zu belegen. Hier wurde das Surrogat-Substrat ohne NADPH eingesetzt. Die Übertragung der Elektronen von der Elektrode über das Polypyrrol zu den P450-Monooxygenasen sollte mittels Cyclovoltammetrie (-0,6 bis +0,6 mV, Vorschub von 0,1 V s-1) erfolgen.
Aufgabenbeschreibung
Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Herstellung von Riech- und Aromastoffen des Lacton-Typs aus Ölen vornehmlich einheimischer Nutzpflanzen mittels regio- und stereoselektiver enzymatischer Oxidation mittel- und langkettiger Fettsäuren. Im Rahmen der zunächst beantragten 18 Monate sollen molekularbiologisch neue Cytochrom P450-Varianten erzeugt werden, die die erwünschten Hydroxylierungen von Fettsäuren katalysieren können sowie neue Lipase-Varianten, die sich zur selektiven Abspaltung von seltenen Fettsäuren aus Triglyceriden eignen. Des weiteren wird angestrebt, die Machbarkeit einer in vitro Biokatalyse durch elektrochemische Kopplung der P450 Monooxygenasen aufzuzeigen. Das Enzym Design wird an der Universität Stuttgart, die Bioelektrokatalyse bei der DECHEMA e.V. und die Prüfung der technischen Umsetzbarkeit und die analytische Begleitung bei der Symrise GmbH durchgeführt. Gegen Ende der 18 Monate werden die erzielten Ergebnisse kritisch evaluiert und über ein gemeinsames Folgeprojekt mit noch stärkerer industrieller Beteiligung entschieden. Dies soll ebenfalls beim BMVEL beantragt werden.

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