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Enzyme in der Biotechnologie - Referat
Enzyme in der Biotechnologie
1 Was sind Enzyme und ihre Einsatzgebiete
2 Biotechnologie
2.1 Was versteht man unter dem Begriff?
2.2 Geschichtlicher Überblick
2.3 Anwendungsmöglichkeiten
3 Verwendung und Wirkung des Antibiotikums Penicillin
1 Was sind Enzyme und ihre Einsatzgebiete
Enzyme sind hochmolekulare einfache oder zusammengesetzte Eiweißstoffe, die in den Zellen jedes lebenden Organismus oder in Körperflüssigkeiten aufgebaut werden.
Sie wirken als Biokatalysatoren, das heißt sie beschleunigen chemische Reaktionen. Enzyme steuern den Stoffwechsel in der gesamten lebenden Natur.
Die Wortendung -ase kennzeichnet die Enzyme z.B. Urease, Glucoseoxidase
Einsatzgebiete:
- Lebensmittelindustrie: Bier, Brot, Milch, Käse, Joghurt, Sauerkraut
- Landwirtschaft: Düngemittel, Biogas
- Medizin: Antibiotika, Insulin, Impfstoffe, Biochemikalien (Vitamine)
- Textil-, Leder- und Papierherstellung
- aber auch in der Waschmittelindustrie, da Enzyme als Schmutzlöser wirken
Enzyme und Enzympräparate werden heute immer häufiger in biotechnologischen Prozessen genutzt.
2 Biotechnologie
2.1 Was versteht man unter dem Begriff?
Es bezeichnet einen Wissenschaftszweig der sich mit der Stoffproduktion oder Stoffumwandlung durch Enzyme, Mikroorganismen (Bakterien und Hefen), mit tierischen und pflanzlichen Zellen, beschäftigt. In der Biotechnologie wird die zielgerichtete Beeinflussung und die Nutzung biologischer Prozesse in technischen Systemen (Fermenter) erforscht. Man versucht neue Produkte herzustellen oder bereits vorhandene zu verbessern.
2.2 Geschichtlicher Überblick
Mikrobielle Prozesse sind seit Jahrtausenden nachweisbar. Vor 6000- 8000 Jahren beherrschten bereits die Sumerer die Kunst des Bierbrauens oder die Herstellung von Wein und Brot. Die Ägypter brauten ebenfalls schon 1425 v. Chr. ihr eigenes Bier. Sie wußten damals aber nicht das die Gärung durch sehr kleine Lebewesen verursacht wird.
Erst Antony van Leeuwenhoek entdeckte als 1. Mensch gelbe Hefekügelchen in einer Bierprobe. Damit war klar das Mikroorganismen die Gärung verursachen. Unsere Vorfahren nutzten die Mikroorganismen unbewusst für ihre Zwecke.
Bis zum Hochmittelalter wurde die Destillierkunst zum gewerbsmäßigen Gebrauch betrieben. Besonders im 19. Jahrhundert entwickelten sich technische Verfahren.
Um 1880 erfolgte erstmals die Herstellung von Hefe und Milchsäure. Darauf folgte 1907 die Sulfitablauge zu Alkohol. Nach 1914 stellte man Glycerin her und 1923 die Zitronensäure.
Bis ca. 1940 wurden biotechnische Verfahren bei einer möglichen Fremdinfektion betrieben. Erst mit der Antibiotikasynthese suchte man nach Verfahren die eine Fremdinfektion ausschließen, da es besonders notwendig für dieses Verfahren war.
2.3 Anwendungsmöglichkeiten
Im Mittelpunkt der Anwendungsmöglichkeiten stehen:
- die Gesunderhaltung des Menschen durch die pharmazeutische Industrie indem sie Antibiotika, Impfstoffe, Insulin, Aminosäuren, Grund- und Feinchemikalien entwickelt,
- die Lebensmittelindustrie die Futterhefe, Brot, Bier, Essig, Alkohol herstellt,
- die Rohstoffgewinnung am Beispiel der Metallgewinnung aus Müllhalden oder armen Erzen,
- Chemikalien aus Schlämmen wiedergewinnt,
- die vollständige Nutzung vorhandener Rohstoffe (aus 1000 t Zelluloseabfällen können etwa 285000 l Ethanol gewonnen werden),
- die Energiegewinnung z. B. Biogas, Wasserstoff,
- der Umweltschutz z.B. die Entsorgung von Abwässern, Schadstoffbeseitigung (Kohleentschwefelung)
- und effektive Umweltkontrolle mit Hilfe der Bioindikatoren
3 Verwendung und Wirkung des Antibiotikums Penicillin
Begriff Antibiotika:
- griech.: gegen etwas Lebendes
Antibiotika sind natürliche Stoffwechselprodukte von Bakterien und Pilzen die Mikroorganismen abtöten oder an ihrem Wachstum hindern. Algen, Flechten und höhere Pflanzen können antibiotisch wirkende Substanzen bilden.
Das Antibiotikum Penicillin besteht aus verschiedenen
Penicilliumstämmen die 1928 von Sir Alexander Fleming entdeckt und benannt wurden. Erst 1940-1944 konnte das 1. Antibiotikum in reiner Form isoliert und charakterisiert werden.
Verwendung und Wirkung:
Penicillin wirkt bakteriostatisch bzw. bakterizid. Das heißt die Bakterienvermehrung wird durch die Schädigung der Erreger gehemmt oder die Bakterien werden abgetötet. Penicillin wirkt inbesondere gegen Kokken (kugelförmige Spaltpilze), grampositive Stäbchen und Treponemen (zarte, sich spiralig windende, dünne stäbchenförmige Gebilde)
Die Wirkung beruht auf der Hemmung der Zellwandsynthese wachsender Keime, d.h. die Stabilität der Zellen geht verloren.
Tier- und Menschenzellen werden dabei nicht geschädigt, da unsere Zellen keine Zellwände besitzen.
Bei unterschreiten der effektiven Dosis oder gar das Aussetzen der Therapie, besteht die mögliche Gefahr der Resistenz der Keime gegen Antibiotika. Es sind bereits 4 Stämme gefährlicher Bakterien gegen alle bekannte Antibiotika resistent.
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