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Enzyme bei der Arbeit: Aufspaltung widerspenstiger Cellulose

TU Graz-Forschende beobachten Enzyme bei der Aufspaltung von Cellulose und wollen damit unter anderem die Produktion von Biokraftstoffen unterstützen. Ihre Ergebnisse publizieren sie nun in Nature Communications.

Kraftstoffe aus Biomasse werden immer wichtiger. Abgesehen von Biomethan können sie aber noch nicht effizient, kostengünstig und nachhaltig produziert werden, der technische und finanzielle Aufwand ist derzeit noch zu hoch. «Mitschuld» daran trägt Cellulose, ein Polysaccharid und Pflanzenbestandteil, der nicht wasserlöslich und damit schwer zu verarbeiten ist.

Oxidative Enzyme

Im Normalfall verwenden Bioraffinerien – so wie es auch in natürlichen Abbauprozessen geschieht – einen Mix aus hydrolytisch aktiven, also Wasser benötigenden Enzymen für den Abbau von pflanzlichen Rohstoffen. Vor einiger Zeit entdeckte man oxidative Enzyme, die unter Zuhilfenahme von Sauerstoff arbeiten und gemeinsam mit den hydrolytischen Enzymen Cellulose bereits wesentlich besser spalten können. Wie diese oxidativen Enzyme – genannt LPMOs (lytic polysaccharide monooxygenase) – aber genau arbeiten, war nicht bekannt. An genau diesem Punkt setzten die Forschenden der TU Graz an.

Hydrolytische Enzyme spalten gemeinsam mit oxidativen die Cellulose besser auf und ebnen damit ein Stück den Weg zu konkurrenzfähigen Biokraftstoffen. © Lunghammer - TU Graz

 

Enzyme unter dem Rasterkraftmikroskop

Mittels Rasterkraftmikroskopie konnten die Forschenden nun erstmalig die Enzyme bei ihrer aufspaltenden Arbeit an der Oberfläche der Cellulosepartikel beobachten und einen direkten Nachweis ihrer Aktivität erbringen. Bereits seit mehreren Jahren arbeitet das Institut für Biotechnologie und Bioprozesstechnik dafür eng mit dem Grazer Zentrum für Elektronenmikroskopie zusammen.

Für die aktuell in Nature Communications publizierte Studie wurde in einem ersten Schritt das schon länger bekannte, hydrolytisch aktive Enzym Trichoderma reesei CBH I beobachtet. Es setzt sich an der Oberfläche eines Partikels fest, wandert die Polysaccheridketten entlang und spaltet Schritt für Schritt immer mehr kleine Teile davon ab. In einem weiteren Schritt wurde beobachtet, wie sich das Verhalten der Enzyme veränderte, wenn LPMOs beigemengt wurden. Hier konnten die Forschenden nachweisen, dass die LPMOs einerseits mehr Bindestellen für die hydrolytisch aktiven Enzyme an der Oberfläche erzeugen und andererseits die Enzymdynamik an der Oberfläche wesentlich zunahm.

Ein Bild sagt mehr als tausend Worte

Mit dieser Studie will man einerseits auf Grundlagenebene zum besseren Verständnis dieser Vorgänge beitragen und andererseits in einem weiteren Schritt die Herstellung von Biokraftstoffen vereinfachen. «Üblicherweise untersucht man in der Chemie lösliche Produkte, misst beispielsweise die Konzentration, um etwas über die Reaktion zu lernen. Das ist aber wie in diesem Fall bei einer Reaktion an der Oberfläche eines Festkörpers nicht praktikabel. Wir wollten den Schritt davor, also den Prozess der Celluloseaufspaltung, an der Oberfläche beobachten und dokumentieren», so Manuel Eibinger, Erstautor der Studie und Postdoktorand am Institut für Biotechnologie und Bioprozesstechnik.  Bernd Nidetzky, Leiter des Instituts für Biotechnologie und Bioprozesstechnik der TU Graz: «Man könnte hier das Sprichwort bedienen: Ein Bild sagt mehr als tausend Worte. Wir wollten mit dieser Studie eine zeitlich aufgelöste Dokumentation der Vorgänge erstellen. Und das ist uns nun gelungen.»


Quelle: www.tugraz.at

Aktuell

LANXESS: Matthias L. Wolfgruber zum neuen Vorsitzenden des Aufsichtsrats gewählt

  • Wolfgruber tritt Nachfolge von Dr. Rolf Stomberg an
  • Dr. Rolf Stomberg zum Ehrenvorsitzenden des Aufsichtsrates ernannt
  • Pamela Knapp rückt in den Aufsichtsrat nach

Dr. Matthias L. Wolfgruber (64) ist neuer Aufsichtsratsvorsitzender der LANXESS AG. In seiner konstituierenden Sitzung wählte der Aufsichtsrat des Spezialchemie-Konzerns den promovierten Chemiker und ehemaligen Vorstandsvorsitzenden der Altana AG zum Nachfolger von Dr. Rolf Stomberg (78), der sein Mandat mit Ablauf der heutigen Hauptversammlung beendet hat. Wolfgruber gehört dem Kontrollgremium als Vertreter der Aktionäre bereits seit 2015 an.

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Breites Themenspektrum unter einem Dach

SECURITE LAUSANNE 2018 und FORUM SECURITE 2018

Vom 14. bis 16. November 2018 wird die SECURITE LAUSANNE zum Treffpunkt der Westschweizer Sicherheitsbranche. Ein zentraler Bestandteil der Messe ist das kostenlose FORUM SECURITE mit seinen qualitativ sehr hochstehenden Vortragsreihen.

Die Fachmesse SECURITE LAUSANNE hat ihren hohen Stellenwert für die Westschweiz mehrmals unterstrichen und geniesst die volle Anerkennung der Sicherheitsbranche in der Romandie. Bei der letzten Austragung im Jahr 2016 lockte sie rund 2300 Fachbesucher und Forum-Teilnehmer an. Auch für den November 2018 ist die Messe voll auf Kurs. Die wichtigsten Branchenverbände unterstützen die SECURITE LAUSANNE massgeblich und bereits haben sich rund 40 Aussteller angemeldet, darunter mehrere Key-Player und verschiedene Neuaussteller. So wird die SECURITE LAUSANNE 2018 wieder alle Messethemen umfassend abdecken können und ist in den Agenden der Westschweizer Sicherheitsexperten ein Pflichttermin.

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