Immobilisierung

Zusammenfassung
ten Enzyme eine höhere Aktivität aufweisen als die frei diffundierende Variante. Die weiteren
Parameter, die die globale Reaktionskinetik bestimmen, sind deutlich optimiert im Vergleich
zu den 4 his – FNR Messungen im gelösten Zustand. Dies ist mit seiner exakten Orientierung
vor der Oberfläche durch die gezielte Einbringung der Bindungsdomänen zu erklären. So
kann festgehalten werden, dass sich die Anbindung an die Oberfläche positiv auf die gesamte
enzymatisch katalysierte Reaktion auswirkt.
Nachdem das optimale Enzym für das angestrebte Ziel charakterisiert wurde, erfolgte die
Anpassung der Immobilisierungsmatrix. Die bisherige Matrix zeigte eine gute Affinität,
musste aber noch so modifiziert werden, dass sie einen Elektronentransport unterstützt. Hierfür
wurde das heterogene PAMAM – Dendrimer synthetisiert und charakterisiert, welches die
gewünschten Eigenschaften eines Redoxrelais aufweist.
Eine Adsorption des Enzyms konnte bei allen Varianten des Dendrimers sowohl elektrochemisch,
als auch via SPR-Spektroskopie nachgewiesen werden. So wurde der hypothetische
Mechanismus der Bindung des Enzyms durch die Metallionen in dem Dendrimer klar verifiziert.
Durch geschickte Wahl der Kontrollexperimente wurde auch eine Selektivität zu den
neuen 4 his – Mutanten nachgewiesen. Mit einem Dendrimer wurde das Enzym mit der Elektrode
durch einen diffusiblen Redoxmediator verbunden, der die Elektronen vom aktiven Zentrum
zur Oberfläche transportierte. Eine leitfähige Verbindung zwischen der Elektrode und
dem Enzym wurde mit einem anderen Dendrimer erzeugt, wodurch kein weiterer Mediator
nötig war. Die stromantworten des Enzyms waren mit 600 nA sehr hoch. Dies kommt durch
die feste Orientierung der 4 his – FNR an der Oberfläche. Die Redoxmediatoren des Dendrimers
sind so eingestellt, dass sie die Elektronen aus der bioelektrokatalytischen Reaktion direkt
abholen und zur Elektrode weitertransportieren können.
Damit konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass ein neuartiges und genetisch verändertes
Enzym kaum Abweichungen in der katalytischen Aktivität im Vergleich zu seinem Wildtyp
aufweist. Zudem ermöglichte die strukturelle Veränderung eine bessere Immobilisierung
in einer definierten Orientierung auf Oberflächen, was eine drastische Verbesserung bisheriger
Immobilisierungstechniken darstellt. Durch geschicktes Design einer neuartigen Matrix,
die neben seiner Immobilisierungsfunktion auch den Elektronenmediator in sich trägt, konnte
die Handhabung der Immobilisierung von Enzymen vereinfacht werden.
Zukünftig könnte eine Verbesserung des Systems durch weitergehende Untersuchungen
der Dendrimer-Systeme erreicht werden, mit denen z.B. Redoxpotentiale für spezifische Anwendungen
angepasst werden oder weitere Enzyme immobilisiert werden können.
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