Nachwachsende Rohstoffe in der Wikipedia, Band 1

Cyanophycin 380
Cyanophycin
Cyanophycin bzw. Cyanophycingranaprotein (CGP) ist ein Biopolymer, das in einer Reihe von Cyanobakterien
und Bakterien als Stickstoffspeichermolekül gebildet und in die Zelle eingelagert wird. Es wurde 1887 entdeckt und
besteht zu gleichen Anteilen aus den Aminosäuren L-Asparaginsäure und L-Arginin. Eine Nutzung dieses Polymers
besteht bislang nicht, ist jedoch aufgrund der dem Polyacrylat sehr ähnlichen Eigenschaften denkbar.
Physiologie
Cyanophycin wird von einer Reihe von Cyanobakterien und einigen Bakterien (z.B. Acinetobacter calcoaceticus) als
Speicherstoff gebildet. Es speichert vor allem Stickstoff und Kohlenstoff und wird insbesondere beim Übergang des
exponentiellen Bakterienwachstums zum stationären , also zum Zeitpunkt der Ressourcenverknappung im Substrat,
gebildet.
Eigenschaften und Synthese
Cyanophycin wird von verschiedenen Arten der Cyanobakterien gebildet und kann bei diesen einen Anteil von bis
zu 18 Prozent der Zelltrockenmasse erreichen. Das Polymer erreicht eine molare Masse von bis zu 125.000 g·mol -1
und besteht aus einer Kette von sich wiederholenden Monomeren der L-Asparaginsäure, die über ihre freien
β-Carboxylgruppen mit der α-Aminogruppe jeweils eines Moleküls L-Arginin verknüpft sind. Daneben existieren
Variationen in der Aminosäurezusammensetzung.
Die Bildung des Polymers erfolgt unabhängig von den Ribosomen der Zelle durch das Enzym
Cyanophycin-Synthetase, das aus zwei identischen Untereinheiten von jeweils 90 bis 130 kDa besteht. Das Enzym
braucht als Startpolymer einen Baustein aus mindestens drei Monomeren und knüpft unter Energieaufwendung
durch die Spaltung von jeweils einem Molekül Adenosintriphosphat (ATP) an diese Kette alternierend die beiden
Aminosäuren an. Das Polymer wird am reaktiven Ende erst phosphoryliert und der Phosphatrest anschließend durch
die Aminosäure substituiert. Beeinflusst wird die Aktivität des Enzyms durch die Konzentration von Mg 2+ und
Kaliumchlorid.
Produktion
Bislang besteht keine großtechnische Produktion des Biopolymers. Cyanobakterien eignen sich aus verschiedenen
Gründen nicht für großtechnische Ansätze, da sie zum einen sehr schwierig zu haltende Anforderungen an das
Substrat haben und zum anderen nur geringe Ausbeuten des Polymers liefern können. Alternativen stellen die
wenigen Bakterien dar, die in der Lage sind, Cyanophycin zu bilden, vor allem Acinetobacter calcoaceticus. Ein
Stamm dieses Bakteriums akkumuliert das Polymer mit Anteilen bis 40 % an der Zelltrockenmasse. Zudem können
die zur Bildung der Cyanophycin-Synthetase notwendigen cphA-Gene in industriell relevanten Bakterien exprimiert
werden, vor allem in Escherichia coli, Corynebacterium glutamicum, Cupriavidus necator und Pseudomonas putida.
Diese wurden durch ein Metabolic Engineering zu einer optimierten Cyanophycin-Produktion gebracht. Auch erste
Verfahren zur Isolierung von Cyanophycin im technischen Maßstab wurden entwickelt. [1]