Alkalische Protease

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Alkalische Protease bezeichnet ein Enzym, das unter alkalischen Bedingungen Protein-Peptidbindungen hydrolysieren kann; der optimale pH-Wert liegt im Bereich von 9–11. Sie wird in der Waschmittel-, Lebensmittel-, Medizin-, Brau-, Seiden-, Gerberei- und weiteren Industrien breit eingesetzt.

Abbildung 1. Proteinstruktur der alkalischen Protease.

Einführung

Alkalische Protease, auch als Serinprotease bezeichnet. Es gibt zwei gängige Varianten: die Novo-Protease und die Carsberg-Protease. Eigenschaften und Struktur beider sind ähnlich. Sie enthalten 275 bzw. 274 Aminosäurereste und bestehen aus einer Polypeptidkette. Sie ist bei pH 6–10 stabil und wird bei pH-Werten unter 6 oder über 11 rasch inaktiviert. Das aktive Zentrum enthält Serin, daher die Bezeichnung Serinprotease. Sie kann nicht nur Peptidbindungen hydrolysieren, sondern auch Amidbindungen und Esterbindungen spalten sowie Umesterungs- und Transpeptidierungsreaktionen katalysieren. Aufgrund der Enzymspezifität hydrolysiert sie ausschließlich Proteine, nicht jedoch Stärke, Fette und andere Substanzen. Das Erscheinungsbild ist in der Regel pulverförmig; teilweise liegt sie als Mikrosphären vor.

Herkunft

Die Hauptquelle alkalischer Proteasen ist die mikrobielle Gewinnung. Bacillus ist die wichtigste Gattung für Forschung und Anwendung, insbesondere Bacillus subtilis. In geringerem Umfang werden auch andere Spezies eingesetzt, z. B. Streptomyces. Produktionsleistung, Enzymaktivität und Stabilität natürlicher Stämme erfüllen häufig nicht die Anforderungen der industriellen Herstellung; daher sind Screening und Stammentwicklung erforderlich. Übliche Verfahren sind Mutagenese, Gentechnik, Protein-Engineering und Hitzebehandlung von Sporen. Hauptziele sind die Steigerung der Enzymaktivität, der Stabilität (Temperatur- und Alkalibeständigkeit) sowie der Oxidations- und Chelatierungsresistenz.

Verwendung

Hauptanwendungsbereiche: Waschmittel, Gerberei, Seide, Futtermittel, Arzneimittel, Lebensmittel, Umweltschutz usw.

Die Anwendung basiert im Wesentlichen auf der Hydrolyse von Protein-Peptidbindungen. In Produktion und Alltag ergeben sich insbesondere folgende Anforderungen:

• Umwandlung komplexer makromolekularer Proteinstrukturen in einfache niedermolekulare Peptidketten oder Aminosäuren, wodurch diese leichter resorbierbar bzw. auswaschbar werden, z. B. in den Bereichen Lebensmittel, Waschmittel und Futtermittel.
• Partielle Zerstörung der Proteinstruktur zur Abtrennung von Materialbestandteilen. Dies ist besonders wirksam bei der Verarbeitung proteinreicher Materialien wie Leder und Seide.
• Förderung des Abbaus von Umweltkontaminanten und Einsatz im Umweltschutz.
• Proteasen können sowohl Hydrolysereaktionen als auch die Rückreaktion katalysieren und weisen eine hohe Aktivität und Spezifität auf; damit sind sie für die Herstellung bestimmter Zielmoleküle in der pharmazeutischen Industrie besonders geeignet.

Anwendungen

• Anwendung der alkalischen Protease in funktionellen Lebensmitteln auf Basis von Sojapolypeptiden und Sojaphospholipiden

Sojaprotein (z. B. Sojaproteinisolat oder Sojaproteinkonzentrat) wird zu Sojapeptiden hydrolysiert, um die Löslichkeit und funktionellen Eigenschaften des Sojaproteins zu verbessern. Es kann als Protein- und Nährstoffsupplement für Getränke, Milchprodukte sowie für Lebensmittel für ältere Menschen und Säuglinge verwendet werden.

• Anwendung der alkalischen Protease in der Lederindustrie

Alkalische Protease kann zur Herstellung von Enthaarungsmitteln eingesetzt werden. Das gegerbte Leder wird sauber enthaart, mit klarer Narbung, ohne erkennbare Schädigung sowie mit feinen und glänzenden Poren.

• Anwendung der alkalischen Protease bei der Extraktion pharmazeutischer Ausgangsstoffe

Alkalische Protease kann zur Extraktion von Heparin und Chondroitinsulfat eingesetzt werden.