Viele Alltagsprodukte enthalten Chloratome, die ihre Eigenschaften entscheidend beeinflussen. Sie finden sich in Desinfektionsmitteln, Kunststoffen, Kleidung und zahlreichen Medikamenten. Ohne chlorhaltige Stoffe wäre unser modernes Leben kaum vorstellbar. Ein Forschungsteam um die Chemikerin Tanja Gulder von der Universität des Saarlandes hat nun eine umweltfreundlichere Methode entdeckt. Und zwar: – mithilfe von Blaualgen.
Tanja Gulder, Professorin für Organische Chemie an der Universität des Saarlandes, erklärt, dass es beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC) ohne Chlor nicht geben würde. Allerdings ist die sogenannte Chlorierung, also das Einfügen von Chlor in chemische Verbindungen, ein schwieriger und problematischer Prozess.
„Chlorgas ist toxisch für uns, und die Chlorierung durch Chlorgas ist auch nicht sehr umweltverträglich“, sagte die Forscherin.
Der Weg zu umweltfreundlicher Chlorierung ohne Chlorgas
Dank der Forschung von Tanja Gulder und ihrem Team könnte es bald eine umweltfreundlichere Methode zur Chlorierung geben. Sie haben herausgefunden, wie man Verbindungen chlorieren kann, ohne dabei schädliches Chlorgas zu verwenden. Ihr Schlüssel zur Lösung war ein Enzym, das schon lange bekannt ist. Doch bisher hatten Wissenschaftler nicht genau an der richtigen Stelle gesucht. Einfach gesagt: Die entscheidende Reaktion im Enzym findet an einem anderen Ort statt, als man es ursprünglich dachte.
Das Enzym, um das es geht, sind sogenannte Vanadium-abhängige Haloperoxidasen (VHPOs), die Vanadat enthalten, ein Salz des Elements Vanadium. Tanja Gulder erklärt, dass diese Enzyme hauptsächlich in Blau- und Braunalgen vorkommen und dort für den typischen „Algengeruch“ sorgen, der entsteht, wenn die Algen am Strand liegen.
Dieses Enzym hat, wie alle Enzyme, ein aktives Zentrum, das reagiert, wenn eine chemische Reaktion, wie zum Beispiel die Bromierung in Algen, startet. Das Enzym könnte also grundsätzlich auch für die Chlorierung verwendet werden. Allerdings muss man es dazu erst richtig anregen, da es das von sich aus nicht tut.
Unerforschte Stellen im Enzym
„Um dies zu bewerkstelligen, haben alle immer auf das aktive Zentrum des Blaualgen-Enzyms geschaut. Aber niemand ist bisher dahintergekommen, was genau passiert. Daher konnten wir die VHPOs auch bisher nicht dazu nutzen, umweltfreundliche Alternativen zur Chlorierung mit Chlorgas zu finden“, erklärt die Wissenschaftlerin.
Tanja Gulder erklärte, dass sie zusammen mit Bioinformatikern der Universität Leipzig bestimmte Proteinsequenzen der VHPOs untersucht haben und dabei eine neue Entdeckung machten. Interessanterweise fanden sie heraus, dass sich die Veränderungen im Molekül nicht im aktiven Zentrum abspielten, wenn sie im Computermodell Aminosäuren austauschten, um herauszufinden, welche am besten eine Chlorierung auslösen könnte.
Stattdessen änderten sich die molekularen Strukturen außerhalb des aktiven Zentrums, das bisher der Fokus der Forschung weltweit gewesen war.
„Wir haben also bislang schlicht immer an die falsche Stelle im Protein geschaut“, resümiert Tanja Gulder. „Das ist etwas komplett Neues, was wir bisher in dieser Enzymklasse noch nie gesehen haben“. dabei macht sie ein Vergleich, um den Fall zu veranschaulichen: „Vergleichbar ist das vielleicht mit einem Auto, bei dem man den Scheibenwischer tauscht und das daraufhin statt 150 nun 300 km/h fahren kann!“
Da die Wissenschaft nun weiß, wo sie ansetzen muss, um die Chlorierung des Blaualgen-Enzyms gezielt zu starten, gibt es die Chance, neue, umweltfreundliche Methoden zur Chlorierung zu entwickeln, die ohne das giftige Chlorgas auskommen.
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