Biotechnologie für Chemiker

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Gentechnisch modifizierte bzw. veränderte Mikroorganismen (GMO bzw. GVO) Ist bei einer biotechnologischen Fermentation mit anschließendem Downstreamprozeß die Produktausbeute nicht hoch genug, gibt es ein Problem mit der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, d.h. es rechnet sich nicht. Wenn in Vorversuchen alle möglichen denkbaren Parameter zur Erhöhung der Ausbeute gescheitert sind, wird in der Regel die Gentechnik angewendet. Gentechnik basiert auf den biotechnologischen Methoden und Verfahren, einschließlich der Kenntnisse in der Molekularbiologie und Genetik. Wenn also Mikroorganismen für einen Einsatzzweck optimiert werden, so handelt es si

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Neben der Aufnahme von Lichtenergie, die zum Aufbau organischer, energiereicher Verbindungen aus den anorganischen Vorstufen Kohlendioxid und Wasser dient, wie es in der Photosynthese der Fall ist, gibt es lithotrophe Mikroorganismen, die anorganische Reduktionsmittel für ihren Baustoffwechsel bzw. Energiegewinnung nutzen. In dieser Gruppe gibt es photolithotrophe und chemolithotrophe Mikroorganismen. Für Reduktionen in der Biosynthese benötigt ein Lebewesen reduzierende Coenzyme als Elektronenüberträger, die wieder regeneriert werden müssen. Lithotrophen Organismen gelingt diese Regeneration von Coenzymen durch Nutzung anorganischer Reduktio

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Pflanzen, (Mikro-)Algen und Cyanobakterien betreiben Photosynthese, d.h. es liegen Zellen vor, die Chloroplasten beinhalten, in denen unter Ausnutzung der Lichtenergie aus den anorganischen Vorstufen Kohlendioxid und Wasser energiereiche organische Verbindungen (Glucose) aufgebaut werden. Solche Zellen werden auch als photoautotrophe Systeme bezeichnet. Photoautotrophen Systemen können auf oxischer oder anoxischer Basis funktionieren. Es gibt somit auch Mikroorganismen, die nur die Lichtenergie nutzen, ohne dabei auch Sauerstoff zu produzieren. Bei der oxischen Variante wird allerdings Sauerstoff gebildet, der durch andere Mikroorganismen, di

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Bei biotechnologischen Fermentationen müssen sämtliche Arbeitsschritte unter sterilen Bedingungen ablaufen, um Fremdkontamination zu vermeiden. Eine Sterilisation kann physikalisch oder chemisch erfolgen. Chemisch sterilisiert werden Einwegartikel aus Kunststoff mittels Formaldehyd oder Ethylenoxid. Physikalische Sterilisationen sind mit Mikrowellen, Beta- oder Gammastrahlung möglich, allerdings nur für entsprechend unempfindliche Materialien. Eine weitere Möglichkeit besteht im Erhitzen auf über 100 Grad Celsius mit Trocken- oder Nassdampf. Trockener Dampf kann bei anorganischen Oberflächen eingesetzt werden, einschließlich einer höheren Tem

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Fettsäuren (aus hydrolysierten Lipiden) sind langkettige Carbonsäuren, ab etwa 10 bis 12 C-Atomen. Auch diese können bei aeroben Mikroorganismen verwertet werden und tragen ihren Teil zur Energiegewinnung beim Zitronensäurezyklus und der sich anschließenden Atmungskette bei. Fettsäuren sind demnach eine Alternative als Substrat für Mikroorganismen, auch wenn deren Umwandlung etwas mehr Zeit in Anspruch nimmt, als die Glykolyse. Bei der sogenannten Beta-Oxidation, die in den Mitochondrien abläuft, werden Carbonsäuren mit einer geradzahligen Anzahl von C-Atomen Stück für Stück in C2-Bausteine gespalten, die dann in den Zitronensäurezyklus einfl

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Substrate für Mikroorganismen bzw. Zellen könnte man auch als Futter bzw. Nahrung bezeichnen, ohne die kein Leben möglich ist, keine Zellvermehrung und kein primärer und sekundärer Stoffwechsel. So wie der Mensch täglich Nahrung zu sich nehmen muss, darunter sind natürlich auch Vitamine, Aminosäuren, Mineralien, Spurenelemente, gilt dies auch für die kleinen Produktionseinheiten, in denen viele biochemische Prozesse ablaufen. Der notwendige „Brennstoff“ im wässrigen Milieu ist hierbei die Glucose. Jenes Molekül, das beim Zeichnen etwas Mühe macht, denn es gibt, neben der offenkettigen R,S- bzw. D,L-Form, auch noch zwei Anomere, also die alpha

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Chromatographie Mit chromatographischen Methoden können generell Stoffgemische in verschiedene Fraktionen aufgetrennt werden. Dies lässt sich ebenso für entstandene Produktgemische in der Biotechnologie anwenden und kommt da auch im Sinne der Aufreinigung zum Einsatz. Die anwendbaren Methoden umfassen die Adsorptions-, die Ionen-, die Grössenausschluß- und die Affinitätschromatographie. Die Chromatographie ist ein diskontinuierliches Verfahren. Bei der Chromatographie gibt es generell eine stationäre und eine mobile Phase. Hinzu kommt der absteigende Modus, d.h. die Lösung mi den Teilchen wandert von oben nach unten durch eine Chromatographie

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Membranverfahren, die Elektrodialyse Eine Variante der Dialyse, die den Effekt des elektrischen Feldes ausnutzt, ist die Elektrodialyse. Hier werden polare bzw. bipolare Membranen eingesetzt, die aus Anionen- bzw. Kationenaustauschern bestehen. Das einfachste Verfahren beinhaltet drei Kammern (es können ansonsten auch mehr sein) und je drei Kationen- und Anionen-Austauscher-Membranen, die abwechselnd angeordnet sind (siehe angegebenen Link mit Abbildung). https://www.fumatech.com/Startseite/Membranverfahren/Verfahrensbeschreibung/Bipolare-Membrantechnologie/index.html Wird ein elektrisches Feld angelegt, dann erfolgt die Elektrolyse von Wasse

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Membranverfahren Bei diesen Verfahren gibt es vier verschiedene Filtertypen, d.h. Mikro- (MF, hält Mikroorganismen, Plankton, Algen zurück), Ultra- (UF, Abtrennung von Proteinen und Makromolekülen), Nano- (NF, Abtrennung von kleineren Polypeptiden und DOC, „dissolved organic carbon“) und Umkehrosmose- (UO, Reinstwasser-Herstellung) Membranen. Während Mikro- und Ultrafiltration über das mechanische Siebprinzip wirken, liegen bei NF und UO dichte, aber diffusionsoffene Membranen vor, die nur Teilchen entsprechender Größe durchlassen. Membranen werden unter anderem auch zur Trinkwasseraufbereitung sowie zur Meerwasserentsalzung genutzt. Der Zula