Um industrielle Prozesse effizienter und umweltfreundlicher zu gestalten, werden häufig Enzyme eingesetzt. Enzyme funktionieren wie winzige Werkzeuge. Sie kommen in allen lebenden Organismen vor und erfüllen wichtige Aufgaben. In industriellen Prozessen und Anwendungen können sie entscheidende Reaktionen katalysieren. Allerdings finden sich dort häufig extreme Bedingungen - zum Beispiel sehr hohe oder niedrige Temperaturen. Unter diesen extremen Bedingungen funktionieren nur extreme Enzyme. Und die finden wir in Organismen, die das Extreme lieben - in den Extremophilen!

Auch das Waschen zu Hause ist ein Prozess, in dem häufig Enzyme verwendet werden. Schmutzige Wäsche wird meist mit warmem Wasser bei 40 °C gewaschen. Für richtig saubere Wäsche wird Waschmittel hinzugegeben. Das Waschmittel besitzt einen sehr hohen pH-Wert und teilweise auch Phosphate, die das Wasser weich machen und wodurch die Kleidung besser gereinigt wird. Zusätzlich sind im Waschmittel auch verschiedene Enzyme enthalten, die für das Entfernen verschiedener Flecken zuständig sind. 

Neue Enzyme müssen her

Beim Waschen kann sehr viel Energie gespart werden, wenn mit kaltem Wasser gewaschen wird.

Allerdings sind die im Waschmittel enthaltenen Enzyme in kaltem Wasser nicht mehr so leistungsstark und nicht alle Flecken verschwinden. Vor allem Öl- und Butterflecken, sowie das Hautfett am Kragen sind sehr hartnäckig...

 

Doch woraus bestehen die Fettflecken genau? Fette und Öle gehören zu den Lipiden, einer weit gefächerten Gruppe von meistens wasserunlöslichen (hydrophoben) Stoffen. Chemisch betrachtet sind Fette Triacylglyceride, die aus Glycerin und drei Fettsäureresten bestehen. Die unterschiedlichen Fettsäurereste sind über Esterbindungen an Glycerin gebundenen Fettsäurereste.

Durch spezielle Enzyme können Lipide gespalten werden, wodurch sich die Anschmutzungen auf der Kleidung lösen. Diese Enzyme spalten die Esterbindung zwischen dem Glycerin und den Fettsäureresten. Für die Reaktion wird zusätzlich ein Wassermolekül benötigt, daher handelt es sich um eine hydrolytische Reaktion. Dieser Vorgang wird Lipolyse genannt. Die Produkte bei einer vollständigen Reaktion sind Glycerin und freie Fettsäuren.

Damit die Fettflecken auch bei niedrigeren Temperaturen entfernt werden, muss das lipid-spaltende Enzym im Waschmittel also gegen ein ähnliches, aber kälteaktives Enzym ausgetauscht werden.

 

Welches spezielle Enzym wird benötigt?

Es gibt sehr viele verschiedene Arten von Enzymen und jedes ist auf ein bestimmtes Substrat spezialisiert. Alle Enzyme haben gemeinsam, dass sie auf die Silbe "-asen" enden. So gibt es beispielsweise Lipasen, Cellulasen und Phytasen. Eine bestimmte Gruppe von Enzymen kann chemische Bindungen mit Hilfe von Wasser spalten. Eine ganz bestimmte dieser sogenannten Hydrolasen ist genau das, was wir brauchen! Finde hier heraus, welches Enzym zur Spaltung von Fetten fähig ist.