View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

9. Biotransformationen im Zweiphasensystem
Aktivität / U mL −1
0,025
0,020
0,015
0,010
wässrige Phase im
Zweiphasensystem
BA -> BZ
BA -> HPP
0,005
Startkonzentration
homogenes System
0,000
0 5 10 15 20
Benzaldehyd / mM
Aktivität / U mL −1
0,025
0,020
0,015
0,010
0,005
BZ -> HPP
0,000
0 5 10 15 20
(R)-Benzoin / mM
Abbildung 9.4.: Kinetik der BAL im homogenen Reaktionsmedium (Kapitel 4.
Links die Aktivität der Benzoin- und HPP-Bildung bei variierter
Benzaldehydkonzentration. Rechts die Aktivität der HPP-Bildung
bei variierter Benzoinkonzentration.
Bei einer Benzaldehydkonzentration von beispielsweise 20 mM, wie sie standardmäßig
bei der HPP-Bildung im homogenen Reaktionssystem (vgl. Teil II) verwendet
wurde, läuft die Benzoinbildung wesentlich schneller ab als die HPP-Bildung (Abbildung
9.4 links). Es kommt intermediär zu einer Anreicherung von Benzoin. In
der wässrigen Phase des Zeiphasensystems herrscht eine wesentlich geringere Benzaldehydkonzentration
(im Bereich von 1 mM). Unter diesen Umständen verläuft die
Benzoinbildung wesentlich langsamer. Ein Blick auf Abbildung 9.4 rechts, macht deutlich,
dass schon bei geringen Benzoinkonzentrationen die Aktivität der HPP-Bildung
ausgehend von Benzoin nahezu die Sättigungsgeschwindigkeit erreicht. Anschaulich
formuliert läßt sich für die wässrige Phase im Zweiphasensystem sagen, dass das wenige
(langsam) gebildete Benzoin sofort weiter zu HPP umgesetzt wird und deshalb
kein Ansteigen der Benzoinkonzentration zu beobachten ist.
An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die in Abbildung 9.4
gezeigten Funktionen das kinetische Verhalten der Benzaldehydlyase im Reaktionsmedium
TEA-Pufferlösung/DMSO wiedergeben. Bei dem in Abbildung 9.3 gezeigten
Batchversuch handelt es sich um ein Zweiphasensystem, in dem es sich bei der wässrigem
Phase um eine mit MTBE-gesättigte TEA-Pufferlösung handelt. Es ist zwar
nicht mit einer prinzipiellen Änderung des kinetischen Verhaltens zu rechnen (linearer/hyperbolischer
Kurvenverlauf), jedoch ist eine leichte Variation der kinetischen
Parameter nicht auszuschließen.
Die zweite Hypothese geht von dem Vorliegen einer Phasentransferlimitierung aus.
In diesem Fall ist also die Diffusion der Komponenten zwischen den Phasen geschwindigkeitsbestimmend
und nicht der Umsatz der Komponenten durch das Enzym.
Die Reaktion läuft also nicht mehr unter kinetischer, sondern unter thermodynamischer
Kontrolle ab. Wie in Kaptiel 5.1.1 gezeigt liegt das thermodynamische Gleichgewicht
der HPP-Bildung aufgrund der erhöhten Acetaldehydkonzentration weit auf
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