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3.3. Charakterisierung des Biokatalysators im Satzreaktor
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Auch hier sind pH-Werte um pH 5 zu Beginn der Reaktion günstig, bei Anfangs-pH-
Werten von 4 oder weniger sind die Zellaktivitäten durchweg gering.
Am aktivsten sind die Zellen in einem Acetatpuffer mit dem Anfangs-pH von 5, bei
dem der pH-Wert im Laufe der Reaktion auf 4,1 sinkt. Die Zellen sind dann sogar
aktiver als in einem vergleichbaren Ansatz, in dem der pH-Wert konstant auf 5 gehalten
wurde (Abbildung 3.18): Bei konstantem pH-Wert beträgt die Aktivität 47,3 U/g, bei
fallendem pH hingegen 61,3 U/g. Die Erklärung: die pH-Optima der drei membrangebundenen
Dehydrogenasen unterscheiden sich. Qazi et al. beschrieben für die
Glucosedehydrogenase ein pH-Optimum von 5,5 [Qazi et al. 1991], die Gluconatdehydrogenase
ist am aktivsten bei pH-Werten zwischen 4,0 und 5,0 [Matsushita et al.
1982], die 2-KG-Dehydrogenase wiederum bei einem pH von 4,0 [Shinagawa et al.
1981]. Idealerweise fällt also durch die Bildung der Gluconsäure der pH-Wert von 5 auf
4 ab – dann verlaufen die beiden nachfolgenden Oxidationen schneller, als wenn der
pH-Wert konstant 5 beträgt.
Weniger aktiv sind die Zellen in KP i -Puffer mit einem Anfangs-pH von 5 (22,5 U/g).
Das Puffersystem H 2 PO - 3 /HPO 2- 3 puffert in diesem pH-Bereich nicht gut (pK s = 7,21),
daher fällt der pH-Wert schnell auf 3,5 ab; bei einem so niedrigen pH-Wert ist die
Aktivität aller beteiligten Enzyme nur gering.
Die zweithöchste Aktivität mit 53,7 U/g wird in KP i -Puffer mit dem Anfangs-pH-Wert
von 6,4 erzielt. Dieser pH liegt im Pufferbereich des H 2 PO - 3 /HPO 2- 3 - Systems, der pH
fällt daher nur bis auf pH 6. Im Gegensatz dazu ist die Aktivität bei konstant
gehaltenem pH 6 mit 12,7 U/g nur gering (Abbildung 3.18). Das liegt daran, dass bei
den Versuchen mit konstant gehaltenem pH6 Na-Succinat als zusätzliche
Puffersubstanz eingesetzt wurde. Succinat hemmt aber die 2-KG-Dehydrogenase
[Shinagawa et al. 1982]. Daher ist auch in Abbildung 3.19 die Aktivität im
Succinatpuffersystem relativ gering. Im Citrat-Puffersystem ist die Aktivität 36,8 U/g.
Citrat stört jedoch die HPLC-Analytik, weshalb dieses Puffersystem aus praktischen
Gründen wenig geeignet ist.
In der Literatur finden sich widersprüchliche Hinweise über den optimalen pH-Wert für
die Oxidation von Glucose zu 2,5-DKG. Einige berichten, der pH-Wert müsse zu
Beginn der Reaktion größer als 5 sein, damit Gluconat entsteht; für eine Weiteroxidation
müsse der pH-Wert dann auf Werte kleiner 4 fallen [Qazi et al. 1991]. Bei
einem konstanten pH-Wert von 5 entstehe weder 2-KG noch 2,5-DKG. Andere haben
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