DE2326161C2 - Verfahren zum Aufbau oder zum Abbau von durch chemische Eigenschaften ausgezeichneten, in einer wäßrigen Lösung enthaltenen Stoffen - Google Patents
Verfahren zum Aufbau oder zum Abbau von durch chemische Eigenschaften ausgezeichneten, in einer wäßrigen Lösung enthaltenen StoffenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau oder zum Abbau von durch chemische Eigenschaften ausgezeichneten, in einer waessrigen Loesung enthaltenen Stoffen. Es ist bekannt, die katalytische Wirkung von Enzymen zum Aufbau und zum Abbau von Stoffen, z.B. bei der Herstellung biochemischer und pharmazeutischer Produkte zu verwenden. Auch kann der Abbau toxisch wirkender Substanzen durch Verwendung von Enzymen vorgenommen werden. Diesen Zielen dient auch das neuartige Verfahren, durch das es ermoeglicht wird, den Aufbau oder Abbau von in waessrigen Loesungen geloesten Stoffen unter Verwendung von anorganischen oder organischen katalytisch wirkenden Stoffen auf wirtschaftliche Weise durchzufuehren. Dabei werden innerhalb verhaeltnismaessig kurzer Zeit ausreichende Ausbeuten erreicht. Das neuartige Verfahren besteht darin, dass zunaechst katalytisch wirkende Stoffe in aus lebenden Zellen gebildete Blaeschen eingebracht werden, wobei die Osmolaritaet de
Description
· Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbau und zum Abbau von durch chemische Eigenschaften
ausgezeichneten, in einer mindestens 0,5 mM/1
Magnesium- und/oder Kalzium- sowie K^'iumionen
enthaltenden wäßrigen Lösung gelösten Stoffen mittels den Aufbau oder den Abbau fördernder katalytisch wirkender
Stoffe.
Zweck dieser Maßnahmen ist es, in wirtschaftlicher V/eise biochemische und pharmazeutische Produkte
herzustellen, wie dies beispielsweise beim Abbau des Rohrzuckers zu Glucose und Fructose geschieht. Außerdem
wird der Abbau toxisch wirkender Substanzen, beispielsweise der Abbau von Harnstoff im Blut zu
Kohlendioxid und Ammonium, angestrebt
Es ist bekannt, die katalytische Wirkung von Enzymen zum Aufbau und zum Abbau von Stoffen zu verwenden. So ist beispielsweise vorgeschlagen worden, Enzyme an anorganischen oder organischen Trägern zu adsorbieren und sie auf diese Weise zur Wirkung zu bringen. Bekannt ist auch. Enzyme zum Aufbau oder zum Abbau von Stoffen in die Poren eines Gels einzuschließen. Schließlich gehört auch die Bindung von Enzymen an eine reaktionsfähige polymere Matrix zum Auf- oder Abbau von Stoffen zum bekannten Stand der Technik. Alle diese bekannten Verfahren haben jedoch den großen Nachteil, daß der Wirkungsgrad der Enzyme verhältnismäßig gering war, so daß die Ausbeute an aufzubauenden oder abzubauenden Stoffen so klein war, daß diese Verfahren für den praktischen Einsatz nicht wirtschaftlich genug sind.
Es ist bekannt, die katalytische Wirkung von Enzymen zum Aufbau und zum Abbau von Stoffen zu verwenden. So ist beispielsweise vorgeschlagen worden, Enzyme an anorganischen oder organischen Trägern zu adsorbieren und sie auf diese Weise zur Wirkung zu bringen. Bekannt ist auch. Enzyme zum Aufbau oder zum Abbau von Stoffen in die Poren eines Gels einzuschließen. Schließlich gehört auch die Bindung von Enzymen an eine reaktionsfähige polymere Matrix zum Auf- oder Abbau von Stoffen zum bekannten Stand der Technik. Alle diese bekannten Verfahren haben jedoch den großen Nachteil, daß der Wirkungsgrad der Enzyme verhältnismäßig gering war, so daß die Ausbeute an aufzubauenden oder abzubauenden Stoffen so klein war, daß diese Verfahren für den praktischen Einsatz nicht wirtschaftlich genug sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Aufbau oder zum Abbau von in wäßrigen Lösungen
gelösten Stoffen unter Verwendung von anorganischen oder organischen katalytisch wirkenden Stoffen
zu schaffen, das auf wirtschaftliche Weise durchführbar ist und innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit eine ausreichende
Ausbeute gewährleistet.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß aus katalytisch
wirkende Stoffe enthaltenden Zellen von Lebewesen, deren Inhalt eine Osmolarität besitzt, die in Grenzen
von der Osmolarität der wäßrigen Lösung abweicht, gebildete Membranvesikeln mit der wäßrigen Lösung
zusammengegeben werden, wobei die katalytisch wirkenden Stoffe zur Aufnahme durch die Zellen einer Lösung
zugesetzt werden, deren Osmolarität niedriger ist als der Zellinhalt der Zeilen, die, ggf. nach vorheriger
Entfernung der Zellwand, in die die katalytisch wirkende Stoffe aufnehmende Lösung so lange eingesetzt werden,
bis infolge Stoffaustausches durch die als Membran wirkende Zellhaut im Gleichgewichtszustand zwischen
der im Zellinneren enthaltenden Lösung und der die katalytisch wirkenden Stoffe enthaltenden Lösung der
Zellinhalt praktisch der die katalytisch wirkenden Stoffe
enthaltenden Lösung entspricht, worauf die Osmolarität
der die katalytisch wirkenden Stoffe enthaltenden Lösung durch Zugabe osmotisch aktiver Stoffe, wie Kalzium-,
Kalium-, Natriumionen, auf die Osmolarität des Zeilinhalts der ursprünglich eingebrachten Zellen erhöht
wird, und daß im Anschluß daran die die katalytisch wirkende Stoffe enthaltenden, durch den Austausch des
Zellinhalts der Zellen gebildeten Membranvesikeln von der die katalytisch wirkenden Stoffe enthaltenden Lösung
abgetrennt und so lange in die wäßrige Lösung eingesetzt werden, bis die aufzubauenden oder abzubauenden,
in der wäßrigen Lösung enthaltenen Stoffe infolge Permeabilität der Haut der Membranvesikeln in
das Innere der Membranvesikeln gewandert, der Aufbau oder der Abbau der Stoffe beendet ist und die Stoffe
durch die Haut der Membranvesikeln in die wäßrige Lösung gewandert sind, worauf die auf- oder abgebauten
Stoffe in an sich bekannter Weise von der wäßrigen Lösung abgetrennt werden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung beruht auf der Feststellung, daß dje Zellhaut für die infrage kommenden
katalytisch wirkenden Stoffe durchlässig wird, wenn die Zellen in eine Lösung mit gegenüber dem Zellinhalt
niedrigerer Osmolarität eingegeben werden, und daß die Zellhaut undurchlässig wird für die in das Zellinnere
gewanderten katalytisch wirkenden Stoffe, wenn in die die katalytisch wirkenden Stoffe enthaltende Lösung osmotisch
aktive Stoffe eingegeben werden, und daß die Haut sowohl für die aufzubauenden wie für die aufgebauten
und ebenso für die abzubauenden und die abgebauten Stoffe durchlässig wird, nachdem die dabei gebildeten,
die katalytisch wirkenden Stoffe enthaltende Lösung einschließenden Membra/iyesikein in eine Lösung
gegeben werden, deren Osmolarität der Osmolarität des ursprünglichen Zellinhaltes der Zellen entspricht Für
den Fall, das als Zellen Bakterienzellen verwendet werden
und es notwendig ist, die Zellwändc zu entfernen, werden nach einem bekannten Verfahren (H. R. Kaback
»Bacterial membranes, in Methods«) die als lebende Zellen verwendeten Bakterienzellen bei einer Temperatür
zwischen 15° und 40° C in eine Lösung eingegeben, deren Osmolarität niedriger ist als der Zeilinhalt der
Bakterienzellen, wobei der pH-Wert der Lösung auf etwa 8 gebracht wird und dem so gebildeten Medium
sodann das Kaliumsalz der Äthylendiamintetraessigsäure sowie Lysozym zugegeben werden. Dadurch verlieren
die Bakterienzellen ihre Zellwand, so daß der Zellinhalt
von dem Außenmedium nur durch die Zellhaut abgetrennt ist Das Verfahren gemäß der Erfindung ist
daher auch ohne weiteres unter Verwendung von Zellen durchführbar, die eine Zellwand aufweisen. Das Verfahren
wird dabei so durchgeführt, daß die katalytisch wirkenden Stoffe der Lösung mit gegenüber dem Zellinhalt
erniedrigter Osmolarität zugegeben werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens gemaß
der Erfindung, durch die die Ausbeute noch erhöht wird, besteht darin, daß die Zellen in eine Lösung mit
einem Gehalt an osmotisch aktiven Stoffen eingegeben werden, der nicht größer ist als 70% der in der wäßrigen
Lösung gelösten osmotisch aktiven Stoffe, wobei mindestens die Hälfte der in der Lösung enthaltenen Stoffe
die Zellhaut stabilisierende Ionen, wie Magnesium- und/ oder Kalzium- und Kaliumionen sind, worauf nach Zugabe
von katalytisch wirkenden Stoffen, die Zellhaut stabilisierenden Ionen und sonstigen osmotisch aktiven
Stoffen in einer solchen Menge, daß die Konzentration der Gesamtheit der osmotisch aktiven Stoffe in der die
katalytisch wirkenden Stoffe enthaltenden Lösung um nicht mehr als 20% von der Konzentration der in der
wäßrigen Lösung enthaltenen osmotisch aktiven Stoffe abweicht wobei die Zellen etwa ein bis zwei Stunden in
der Lösung gehalten werden. Zweckmäßig ist es, daß der Austausch des Zellinhaltes mit der die katalytisch
wirkenden Stoffe enthaltenden Lösung bei 0°C durchgeführt wird. Die Abtrennung der aufgebauten oder abgebauten
Stoffe aus der wäßrigen Lösung kann auf verschiedene Weise erfolgen.
Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird es erstmals ermöglicht beispielsweise den Abbau des
Rohrzuckers zu Glucose und Fructose durch das Enzym Invertase zu erreichen, ohne daß das Enzym in der
Rohrzuckerlösung in Lösung geht oder durch sonst notwendige, die Löslichkeit erniedrigende Maßnahmen seine
k&ialytische Aktivität einbüßt
Es ist selbstverständlich auch möglich, Membranvesikel
aus der wäßrigen Lösung zurückzugewinnen. Das kann durch Flotation, Sedimentation, Filtration uder
Zentrifugieren geschehen.
Ausführungsbeispiel
Erythozyten wurden in eine Tris-Lösung mit einem pH-Wert von 7,2 eingegeben, wobei eine Suspensionsdichte der Erythozyten in der Lösung von 40 g% eingestellt
wurde. Zu 50 ml dieser Lösung wurden 500 ml einer Lösung zugegeben, die 5 mM/I MgSO4 und 1 mg%
Invertase enthielt Die so hergestellte Lösung wurde 30 Minuten bei 00C gehalten. Im Anschluß daran wurde die
Osmolarität der Lösung auf die Osmolarität der ursprünglichen Tris-Lösung eingestellt wobei eine geeignete
Menge einer 155 mM/1 NaCl enthaltenden Lösung zugegeben wurde. Gleichzeitig wurde die Temperatur
der Lösung auf 37° C erhöht und diese Temperatur 50 Minuten aufrechterhalten. Die das Enzym Invertase enthaltenden
Membrar.vesike! wurden dann in einer Zentrifuge
bei 30 000 g abzentrifugiert
Die abzentrifugierte Membranvesikel wurden daraufhin
in 100 ml einer isotonen Tris-LöSiing mit einem pH-Wert von 7,5 gegeben, die IO-3 Mol/l Rohrzucker
enthielt Nachdem die Membranvesikel etwa 30 Minuten in der den umsetzenden Rohrzucker enthaltenden
Lösung belassen worden waren, wurden sie durch Abzentrifugieren abgetrennt Eine Bestimmung der Rohrzuckerkonzentration
in der verbleibenden Lösung ergab eine 90%ige Umsetzung des Rohrzuckers in Glucose
und Fructose.
Claims (4)
1. Verfahren zum Aufbau und zum Abbau von durch chemische Eigenschaften ausgezeichneten, in
einer mindestens 0,5mM/l Magnesium- und/oder
Kalzium- sowie Kaliumionen enthaltenden wäßrigen Lösung gelösten Stoffen mittels den Aufbau
oder den Abbau fördernder, katalytisch wirkender Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß aus
katalytisch wirkende Stoffe enthaltenden Zellen von Lebewesen, deren Inhalt eine Osmolarität besitzt,
die in Grenzen von der Osmolarität der wäßrigen Lösung abweicht, gebildete Membranvesikeln mit
der wäßrigen Lösung zusammengegeben werden, wobei die katalytisch wirkenden Stoffe zur Aufnahme
durch die Zellen einer Lösung zugesetzt werden, deren Osmolarität niedriger ist als der Zellinhalt der
Zellen, die, gegebenenfalls nach vorheriger Entfernung der Zellwand, in die die katalytisch wirkenden
Stoffe aufnehmende Lösung so lange eingesetzt werden, bis infolge Stoffaustausches durch die als
Membran wirkende Zellhaut im Gleichgewichtszustand zwischen der im Zellinneren enthaltenden Lösung
und der die katalytisch wirkenden Stoffe enthaltenden Lösung der Zellinhalt praktisch der die
katalytisch wirkenden Stoffe enthaltenden Lösung entspricht, worauf die Osmolarität der die katalytisch
wirkenden Stoffe enthaltenden Lösung durch Zugabe osmotisch aktiver Stoffe, wie Kalzium-, Kalium-,
Natriumionen, auf die Osmolarität des Zellinhalts der ursprünglich eingebrachten Zellen erhöht
wird, und daß im Anschluß daran die die katalytisch wirkenden Stoffe enthaltenden, durch den Austausch
des Zellinhalts der Zellen gebildeten Membranvesikeln von der die katalytisch wirkenden Stoffe
enihaiienden Lösung abgetrennt und so lange in
die wäßrige Lösung eingesetzt werden, bis die aufzubauenden oder abzubauenden, in der wäßrigen Lösung
enthaltenen Stoffe infolge Permeabilität der Haut der Membranvesikeln in das Innere der Membranvesikeln
gewandert, der Aufbau oder der Abbau der Stoffe beendet ist und die Stoffe durch die
Haut der Membranvesikeln in die wäßrige Lösung gewandert sind, worauf die auf- oder abgebauten
Stoffe in an sich bekannter Weise von der wäßrigen Lösung abgetrennt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lebende Zellen verwendete Bakterienzellen
bei einer Temperatur zwischen 15° und 400C in eine Lösung eingegeben werden, deren Osmolarität
niedriger ist als der Zellinhalt der Bakterienzellen, wobei der pH-Wert der Lösung auf etwa
8 gebracht wird und dem so gebildeten Medium sodann das Kaliumsalz der Äthylendiamintetraessigsäure
sowie Lysozym zugegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen in eine Lösung mit
einem Gehalt an osmotisch aktiven Stoffen eingegeben werden, der nicht größer ist als 70% der in der
wäßrigen Lösung gelösten osmotisch aktiven Stoffe, wobei mindestens die Hälfte der in der Lösung enthaltenen
Stoffe die Zellhaut stablisierenden Ionen, wie Magnesium- und/oder Kalzium- und Kaliumionen
sind, worauf nach Zugabe von katalytisch wirkenden Stoffen, die Zellhaut stabilisierenden Ionen
und sonstigen osmotisch aktiven Stoffen in einer solchen Menge, daß die Konzentration eier Gesamtheit
der osmotisch aktiven Stoffe in der die katalytisch wirkenden Stoffe enthaltenden Lösung um nicht
mehr als 20% von der Konzentration der in der wäßrigen Lösung enthaltenen osmotisch aktiven
Stoffe abweicht, wobei die Zellen etwa ein bis zwei Stunden in der Lösung gehalten werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch des Zellinhaltes mit der
die katalytisch wirkenden Stoffe enthaltenden Lösung bei 0° C durchgeführt wird
Priority Applications (9)
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ID=5881831
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