Herstellung und Isolierung komplexer Biomoleküle

Hallo,
es gibt ja eine Menge kompelexer Moleküle, wie Adrenalin, Betäubungsmittel, Antibiotika, Impfstoffe. Zur Herstellung von diesen Molekülen reicht es ja nicht aus, die Atome in einem Topf zu kochen, weil dabei die Strukturen nicht rauskommen, die gebraucht werden. Dazu bedient man sich doch Pflanzen, Pilzen, Bakterien (evtl. auch durch Genveränderung „getrimmt“), die das gewünschte Molekül mit ihren eigenen Enzymen, sozusagen als Abfallprodukt bei ihrem Stoffwechsel, herstellen.
Wie sieht denn das dann großtechnisch aus. Gibt es da riesige Petrischalen, in denen der Stoff produziert wird?
Wie wird denn dann so ein Stoff isoliert und gereinigt?

Ich denke da gibt es unzählige Möglichkeiten. Es genügen 1 oder 2 Beispiele. Ich möchte nur mal das Prinzip verstehen, wie man solche komplexen Moleküle herstellt und großtechnisch produzieren kann.
Ich hab gehört, dass es dafür sogar schon Sortiermaschinen gibt, die die Moleküle sortieren und von den Erzeugern trennen.

Noch eine Einschätzung von euch zum Schluss, kann es möglich sein und wie lange wird es dauern, bis man die Moleküle, die man für ein Medikament oder Impfstoff benötigt quasi bauen kann, auch ohen Mikroorganismen, also wie die Sortiermaschine nur das die dann aus Atomen ein Molekül mit ganz genauer Struktur zusammensetz?

Vielen Dank für die Antwort
Tim

Hallo Tim: Was Du ansprichst ist Biochemie und Biotechnologie. Adrenalin z.B ist gar nicht so komplex. -> http://de.wikipedia.org/wiki/Adrenalin Im Körper wird bei Bedarf mittels Enzymen aus L-Phenylalanin, über L-Tyrosin, L-Dopa, Dopamin, L-Noradrenalin, das L-Adrenalin biochemisch hergestellt. Chemisch wird in geschlossenen Reaktoren (4’000-10’000 Lt. Stahlkessel) Brenzkatechin mit Chloressigsäurechlorid zu 3,4-Dihydroxy-w-chloracetophenon acyliert, das mit Methylamin NH2CH3 zu Adrenalon umgesetzt und mit H2/Pd zu razemischem Adrenalin reduziert wird. Die Razematspaltung erfolgt mit 2R,3R-Weinsäure -> L-Adrenalin.
Ohne Chemie/Biochemie oder ohne Mikroorganismen, aber mit „Sortiermaschinen“ solche Moleküle in grösseren Mengen herzustellen ist und bleibt reine Utopie. Ein mol hat 6,02 x 10^23 Moleküle, und L-Adrenalin hat ein MG von 183,2 gr./mol. Gruss. Paul

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

Hi,

sogar Vitamin B12 (http://de.wikipedia.org/wiki/Cobalamine), ist biochemisch hergestellt worden, gilt als Mt. Everest der Biosysthese. Dafür sind natürlich zig Reaktionsschritte mit immer wieder dazwischengeschobenen Reinigungsstufen nötig.

Die Übertragung von Genen in Bakterien oder andere Organismen ist doch meines Wissens noch nicht so lange bekannt.

Zoelomat

Huhu!

Die meisten Biomoleküle werden (je nach Komplexität) entweder in Bioreaktoren aus mehr oder weniger gentechnisch veränderten Mikroorganismen hergestellt, oder aber aus Säugern (Insulin wurde früher aus Schweinen isoliert, und wird heute aus gentechnisch veränderten E.coli gewonnen)

Was mir da gerade noch einfällt sind Carotinoide aus Algen - z.B. Dunaliella salinas, die in Eilat, Israel großtechnisch gezüchtet wird.

Die Aufreinigung ist dann mehr oder weniger komplex, da habe ich auch gerade wenig im Kopf zu, ich kann das nochmal nachschlagen.

(Im Labormaßstab macht man das u.a. mit Dialyse, und verschiedenen Spielarten von Chromatografie, Großtechnisch ist das schwer - IIRC löst man das Zeug, was man haben will selektiv, und gewinnt es dann wieder. Das muß man vermutlich öfter machen. Es gibt da bestimmt noch mehr Methoden, ich kann das nochmal genauer recherchieren, wenn du Interesse hast.)

Ansonsten: Meinst du mit „Sortierungsanlagen“ FACS-Geräte?
(Genau, man spricht es Fax aus. Da haben Biochemiker und Genetiker ohne Ende Spass dran, weil man so Dinge sagen kann wie "ich faxe mal eben die Kultur.)

Das funktioniert nur, wenn das Zeug, das man aussortieren will irgendie fluoresziert, und nur für kleine Mengen - wenn das aber zutrifft, ist der Effekt ziemlich unglaublich - man tut eine Zellkultur rein, und wenig später (man kann zuschauen) sind die Zellen , die man haben will in dem einen Reagenzglas, und der Rest in einem anderen (oder man hat aus einer Kultur 3 gemacht, die jeweils unterschiedliche Marker haben).

Einfach geil, das Teil.

Näheres findet man hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/FACS

Viele Grüße!
Ph.

Hallo Tim,

Zur Herstellung von
diesen Molekülen reicht es ja nicht aus, die Atome in einem
Topf zu kochen, weil dabei die Strukturen nicht rauskommen,
die gebraucht werden.

stimmt.

Dazu bedient man sich doch Pflanzen,
Pilzen, Bakterien (evtl. auch durch Genveränderung
„getrimmt“), die das gewünschte Molekül mit ihren eigenen
Enzymen, sozusagen als Abfallprodukt bei ihrem Stoffwechsel,
herstellen.

Auch, aber die guten alten Chemiker haben auch so was drauf, auch wenn es recht komplexe Abläufe sein können, sloche Verbindungen herzustellen. Ein schönes Buch, das solche Synthesen beschreibt ist
http://www.wiley-vch.de/publish/dt/books/bySubjectCH…

Wie sieht denn das dann großtechnisch aus. Gibt es da riesige
Petrischalen, in denen der Stoff produziert wird?
Wie wird denn dann so ein Stoff isoliert und gereinigt?

Das ist das Arbeitsgebiet einer ganzen Wissenschaft, die sich Biotechnologie nennt, für größere Maßstäbe nennt sich das dann Biotechnologische Verfahrenstechnik.
http://de.wikipedia.org/wiki/Biotechnologie

Gandalf

Hallo Tim,

Ein schönes Buch, das solche
Synthesen beschreibt ist

ISBN3-527-29231-4

Gandalf

Hallo
Bei Mikroorganismen unterscheidet man zum Beispiel welche, die sich an ein Substrat fixieren lassen oder nicht, ob sie chemische Stoffe für internen Bedarf herstellen oder aber nach außen abscheiden usw…
Viel Stoffe lassen sich durch Zentrifugen isolieren, weil sie in Lösung verschieden schnell wandern.
Bei Mikroorganismen nimmt man welche, die sich gut handhaben lassen, bzw. sogar normalerweise gar nicht lebensfähig sind.
Die bekommen dann Gene(genetisches Material) verpasst, für Stoffe, die sie produzieren sollen.
Viele Mikroorganismen lassen sich durch Zugabe irgendwelcher Stoffe zur Produktion irgendwelcher anderen Stoffe anregen, bzw. tun es dann verstärkt.
MfG
Matthias