Institut Dr. Flad
Berufskolleg für Chemie, Pharmazie, Biotechnologie und Umwelt

An seinem fast auf den Tag genau 10jährigen Dienstjubiläum am Lehrstuhl für Bioorganische Chemie der Universität Hohenheim begeisterte Prof. Uwe Beifuß im Internationalen Jahr der Chemie seine Zuhörer mit einem spannenden Vortrag über das Element Sauerstoff.

Dass das bereits 1774 entdeckte Element Sauerstoff für die meisten Organismen lebensnotwendig ist, setzte der Wissenschaftler als bekannt voraus. Prof. Beifuß konnte aber mit seinen Ausführungen davon überzeugen, dass noch viel mehr in diesem Element steckt!

Mit einem lautstarken Experiment, bei dem er Pentan in einem mit Sauerstoff gefüllten Metallzylinder verbrannte, weckte er im wahrsten Sinne des Wortes schlagartig das Interesse des Auditoriums. Wie jedoch solche Oxidationsprozesse mit Sauerstoff selektiver ablaufen können um sie für Synthesezwecke gewinnbringend einsetzen zu können, darum drehte sich unter anderem die Forschungsarbeit des Arbeitskreises um Prof. Beifuß. Als geeignete Katalysatoren für diese Zwecke ermittelten Beifuß und sein Team Oxidoreduktasen, also Enzyme, die sowohl Oxidationen als auch Reduktionen zu katalysieren vermögen. Diese Oxidoreduktasen lassen sich, so Beifuß, anhand ihres Reaktionsverhaltens in verschiedene Gruppen einteilen: Dehydrooxygenasen, Oxidasen und Oxygenasen. Eine der wichtigsten Untergruppen der Oxidoreduktasen, die der Referent ausführlich in seinem Vortrag beschrieb, sind die Laccasen. Diese Multi-Kupferoxidasen, die das Substrat unter Cluster-Bildung oxidieren, haben für die ablaufenden Reaktionen zwei entscheidenden Vorteile: zum einen eine sehr hohe Selektivität, zum anderen entsteht als Abfallprodukt der Reaktion lediglich Wasser!

Für Laccasen gibt es viele Einsatzgebiete: So lässt sich mit ihrer Hilfe aus nachwachsenden Rohstoffen 2,5-Dimethylfuran synthetisieren, das in der Zukunft als Kfz-Treibstoff "Karriere" machen könnte. Unter Zuhilfenahme von Liganen als Mediatoren oder Dirigentproteine, die die Wissenschaftler bei der Biosynthese vieler Naturstoffe entdeckt haben, lässt sich außerdem Morphin mittels Phenolkupplung, die in der klassischen Chemie wegen ihrer geringen Selektivität eine bisher unbedeutende Rolle spielte, herstellen, da die Selektivität dieser Reaktion durch die Laccasen deutlich erhöht werden kann. Und in der Farbstoffsynthese lässt sich der Einsatz von toxischen Stoffen wie z.B. chromhaltigen Katalysatoren vermeiden, indem diese durch Laccasen ersetzt werden.

Die Farbstoffsynthese, besonders die von Fluoreszenzfarbstoffen, ist ein weiteres Forschungsgebiet von Prof. Beifuß - und auch hier spielt der Sauerstoff eine bedeutende Rolle. Dem Wissenschaftler und seinen Mitarbeitern ist es gelungen, Farbstoffe herzustellen, die als Sauerstoffsensoren fungieren. Mit Hilfe dieser Farbstoffe lässt sich für medizinische Zwecke der Sauerstoffgehalt in Zellen messen, die Industrie profitiert durch einfach durchführbare Abgasmessungen und die Luft- und Raumfahrt macht sich den Quenching-Effekt der Hohenheimer Farbe zu Nutze: Dieser beruht darauf, dass die vom mit Licht bestrahlten Farbstoff ausgehende Lumineszenz in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt der Fluoreszenzfarbstoffenumgebenden Luft und damit in Abhängigkeit vom Luftdruck verringert wird. So kann beim Test eines mit pO₂-sensitiven Farbstoffen besprühten Flugzeugs im Windkanal mittels Emissionsmessungen festgestellt werden, auf welchen Bauteilen ein besonders hoher Druck lastet.

Mit diesem vielseitigen Vortrag erlaubte Prof. Beifuß einen Einblick in seine spannende Forschungsarbeit und zeigte ungeahnte Möglichkeiten mit dem vielseitigen Element Sauerstoff auf, das wir ganz selbstverständlich bei jedem Atemzug zu 21% durch unsere Lungen strömen lassen.

Anne-Marie Honold