Cluster BIOKATALYSE2021
Nachhaltige Biokatalyse auf neuen Wegen
Neue Entwicklungen für die Industrielle Weiße Biotechnologie

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Industrielle Biotechnologie - Fachbegriffe leicht verständlich


Quelle "Weiße Biotechnologie - Chancen für neue Produkte und umweltschonende Prozesse" Druckschrift des Bundesministerium für Bildung und Forschung www.bmbf.de, www.biotechnologie.de

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Aminosäuren

Aminosäuren sind eine Klasse organischer Moleküle mit mindestens einer Carboxylgruppe (–COOH) und mindestens einer Aminogruppe (–NH2). Sie dienen als Bausteine der Proteine. Von den proteinogenen Aminosäuren sind bisher 23 bekannt.


Amylasen

Amylasen sind Enzyme, die sowohl im Pflanzen- als auch im Tierreich vorkommen. Sie spalten Polysaccharide (Vielfachzucker), wie z. B. Stärke, an den Glykosidbindungen und bauen sie auf diese Weise ab.


Antibiotika

Als Antibiotika werden Medikamente bezeichnet, mit denen Infektionskrankheiten behandelt werden. In der Medizin werden sie gegen bakterielle Infektionen oder Infektionen durch Protozoen eingesetzt. Im ursprünglichen Sinn sind Antibiotika natürlich gebildete Stoffwechselprodukte von Pilzen oder Bakterien, die schon in geringer Menge das Wachstum von anderen Mikroorganismen hemmen oder diese abtöten. Darüber hinaus werden inzwischen auch solche Medikamente mit antimikrobieller Wirkung als Antibiotika bezeichnet, die in der Natur nicht vorkommen und synthetisch oder gentechnisch gewonnen werden.


Archaea

Archaea, früher als Archaebakterien oder Urbakterien bezeichnet, bilden neben den Bakterien (Bacteria) und den Eukaryoten (Eukaryota) eine der drei Domänen, in die alle zellulären Lebewesen eingeteilt werden. Es sind einzellige Organismen mit einem meist in sich geschlossenen DNA-Molekül, sie besitzen weder ein Cytoskelett noch Zellorganellen.


Bakterien

Die Bakterien (Bacteria) (aus dem Altgriechischen bakterion – Stäbchen) bilden neben den Eukaryoten und Archaea eine der drei grundlegenden Domänen, in die heute alle Lebewesen eingeteilt werden. Sie besitzen keinen Zellkern und gehören zu den Prokaryoten.


Biokatalysator

Biokatalysatoren sind Biomoleküle, die biochemische Reaktionen in Organismen beschleunigen oder verlangsamen, indem sie die Aktivierungsenergie der Reaktionen herab- oder (seltener) heraufsetzen. Sie gehen selbst unverändert aus den Reaktionen hervor und können somit viele Reaktionszyklen hintereinander katalysieren.


Biomasse

Biomasse bezeichnet die Gesamtheit der Masse an organischem Material in einem definierten Ökosystem, das biochemisch synthetisiert wurde. Sie enthält also die Masse aller Lebewesen, der abgestorbenen Organismen und die organischen Stoffwechselprodukte.


Bioreaktor

Ein Bioreaktor ist ein Behälter, in dem speziell herangezüchtete Mikroorganismen oder Zellen unter möglichst optimalen Bedingungen in einem Nährmedium kultiviert werden, um entweder die Zellen selbst, Teile von ihnen oder eines ihrer Stoffwechselprodukte zu gewinnen. Bioreaktoren sind zum Teil größer als 100 Kubikmeter und werden auch als Fermenter bezeichnet.


Bulkchemikalien/Bulkprodukte

Bulkchemikalien oder Bulkprodukte sind Grundchemikalien, die in Mengen von mehr als 10.000 Tonnen pro Jahr hergestellt werden.


Cellulasen

Cellulasen sind Enzyme, die Cellulose zu ß-Glukose abbauen. Die Cellulose (C6H10O5)n ist ein Polysaccharid und als der Hauptbestandteil von pflanzlichen Zellwänden die häufigste organische Verbindung der Erde.


Chiralität

Mit Chiralität bezeichnet man die Eigenschaft bestimmter Gegenstände oder Systeme, durch Drehung nicht mit dem Original in Deckung gebracht werden zu können. Diese gleichen sich wie Spiegelbilder. Gegenstände oder Systeme mit dieser Eigenschaft nennt man dabei chiral.


Cofaktor

Als Cofaktor bezeichnet man eine niedermolekulare Substanz, die zum Ablauf einer biochemischen Reaktion notwendig ist. Cofaktoren werden an ein Enzym oder Protein gebunden und werden im Verlauf der Reaktion meist nicht verändert.


DNA/DNS

Die Desoxyribonukleinsäure (acid), DNS (DNA), ist eine Nukleinsäure in Form einer Doppelhelix. Sie enthält die genetische Information für die biologische Entwicklung in Zellen und einigen Viren. Im internationalen und im wissenschaftlichen Sprachgebrauch wird die Desoxyribonukleinsäure mit der englischen Abkürzung DNA (deoxyribonucleic acid) bezeichnet, im deutschen Sprachraum auch mit DNS.


Downstream-Processing

Die Schritte, die zur Aufreinigung des Produktes aus der Fermentationslösung eines Bioreaktors nach Abschluß der Reaktion notwendig sind, bezeichnet man als Downstream-Processing.


Enantiomere

Enantiomere sind Stereoisomere, deren räumliche Strukturen sich wie Bild und Spiegelbild verhalten, sich sonst aber nicht weiter unterscheiden. Die Summenformel von Enantiomeren bleibt identisch, es liegt Chiralität vor. Sie unterscheiden sich in der optischen Aktivität, das bedeutet, dass sie die Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht nach links oder rechts drehen. In den meisten Fällen unterscheiden sich Enantiomere in ihrer Wirksamkeit in biologischen Systemen.


Enzym

Ein Enzym, veraltet auch Ferment genannt, ist ein Protein, das eine chemische Reaktion katalysieren kann. Enzyme spielen eine tragende Rolle im Stoffwechsel aller lebenden Organismen: Der überwiegende Teil biochemischer Reaktionen in lebenden Systemen wird von Enzymen katalysiert und gesteuert.


Eukaryoten

Als Eukaryoten werden alle Lebewesen mit Zellkern und Zellmembran zusammengefasst.


Expression

Genexpression, oder kurz Expression, bezeichnet im weiteren Sinne die Ausprägung der genetischen Information (Gen, DNA) zum Merkmal bzw. Phänotyp eines Organismus oder einer Zelle. Der Begriff wird im engeren Sinn für die Synthese von Proteinen aus den genetischen Informationen verwandt.


Ferment

Ferment ist der veraltete Begriff für Enzym.


Fermenter

Fermenter ist eine andere Bezeichnung für Bioreaktor.

Gärung

Als Gärung bezeichnet man energieliefernde, organisches Material zersetzende Stoffwechsel-Prozesse, die ohne Einfluss von freiem Sauerstoff (anaerob) stattfinden. Der Mensch nutzt viele dieser Gärungsprozesse seit Urzeiten zur Nahrungsherstellung und Veredelung.


Gen

Ein Gen ist ein Abschnitt auf der Desoxyribonukleinsäure (DNA), der die Grundinformationen zur Herstellung einer biologisch aktiven Ribonukleinsäure (acid), RNS (RNA), enthält. Bei diesem Herstellungsprozess (Transkription genannt) wird eine Negativkopie in Form der RNA hergestellt.


Genom

Als Genom oder auch Erbgut wird eine Gesamtheit der vererbbaren Nukleinsäure einer mehr oder weniger autonomen Struktur bezeichnet. Diese autonome Struktur kann ein Virus, eine Zelle, ein Organell oder ein Organismus sein. Zumeist handelt es sich bei der vererbbaren Nukleinsäure um DNA.


Genomik

Mit Genomik wird die Analyse und Entzifferung des Genoms bezeichnet.


Gentechnik

Die Gentechnik oder Gentechnologie ist ein Teilgebiet der Biotechnologie. Sie ist ein auf den Kenntnissen der Molekularbiologie aufbauendes Verfahren zur Anwendung gezielter Eingriffe in das Erbgut und/oder in die biochemischen Steuerungsvorgänge von Lebewesen bzw. viralen Genomen.


Hefe

Die Hefen sind einzellige Pilze, die sich durch Sprossung oder Teilung (Spaltung) vermehren.


Hormon

Ein Hormon ist ein biochemischer Botenstoff.


Lipasen

Lipasen sind Enzyme, die Lipide wie Triglyceride oder Diglyceride zu Glycerin und freien Fettsäuren umwandeln, indem sie die Esterbindung zwischen Glycerin und Fettsäure katalytisch spalten.


Metabolomik

Der Begriff Metabolom wurde in Analogie zu den Begriffen Genom und Proteom geprägt und leitet sich von Metabolismus (= Stoffwechsel) ab.


Metagenom

Als Metagenom bezeichnet man die Gesamtheit der genomischen Information der Mikroorganismen einer bestimmten Lebensgemeinschaft (Biozönose) oder eines Biotops.


Molekularbiologie

Die Molekularbiologie umfasst die Biologie der Zelle auf molekularer Ebene. Sie befasst sich mit der Struktur und Funktion von DNA und RNA bis hin zu den Proteinen und wie diese untereinander interagieren.


Mutation

Eine Mutation (aus dem Lateinischen mutare = (ver)ändern) ist die Veränderung des Erbgutes eines Organismus durch Veränderung der Abfolge der Nucleotidbausteine oder durch Veränderung in der DNA-Struktur.


Organellen

In der Biologie ist ein Organell („Orgänchen“) eine intrazelluläre, von einer Membran umschlossene funktionelle Untereinheit einer Zelle.


pH-Wert

Der pH-Wert ist ein Maß für die Stärke der sauren bzw. basischen Wirkung einer wässrigen Lösung.


Polysaccharide

Unter Polysacchariden, einer Unterklasse der Kohlenhydrate, versteht man Vielfachzucker mit vielen Monosaccharideinheiten. Mehrere Einfachzucker (z. B. Glukose oder Fruktose) bilden eine Kette und stellen dann ein Biopolymer dar.


Prokaryoten

Prokaryoten sind zelluläre Lebewesen, die keinen Zellkern besitzen. Die DNA befindet sich in prokaryotischen Zellen frei im Cytoplasma als Kernäquivalent oder auch Nucleoid. Die Domänen der Bakterien (Bacteria) und der Archaeen (Archaea) fassen alle Prokaryoten zusammen.


Proteasen

Proteasen sind Enzyme, die andere Proteine zerschneiden können.


Proteine

Proteine, umgangssprachlich auch Eiweiße genannt, sind Makromoleküle, die hauptsächlich aus Aminosäuren bestehen. Die Aminosäuren sind dabei durch Peptidbindungen zu Ketten verbunden. Proteine gehören zu den Grundbausteinen aller Zellen.


Proteomik

Die Proteomik umfasst die Erforschung des Proteoms, d. h. der Gesamtheit aller in einer Zelle oder in einem Lebewesen unter definierten Bedingungen und zu einem definierten Zeitpunkt vorliegenden Proteine.


Racemat

In der Chemie bezeichnet man als ein Racemat ein äquimolares (1:1) Gemisch von zwei Enantiomeren.


Reaktor

Ein Reaktor ist ein abgegrenzter Raum (Behältnis etc.), in dem gezielte physikalische oder chemische Reaktionen oder biologische Vorgänge (Bioreaktor) ablaufen.


Rekombinant

Als rekombinant hergestellt werden Eiweißmoleküle bezeichnet, die zum Beispiel mit Hilfe von gentechnisch veränderten Bakterien in großen Mengen produziert werden. Dabei wird das genetische Material des Produktionsorganismusneu zusammengestellt, rekombiniert.


RNA/RNS

Ribonukleinsäure ist eine Nukleinsäure, das heißt eine Kette aus vielen Nukleotiden (ein so genanntes Polynukleotid), die meist einzelsträngig vorliegt. Im internationalen und im wissenschaftlichen Sprachgebrauch wird die Ribonukleinsäure mit der englischen Abkürzung RNA (ribonucleic acid) bezeichnet, im deutschen Sprachraum auch mit RNS. Eine wesentliche Funktion der RNA in der Zelle ist die Umsetzung von genetischer Information in Proteine. RNA ist hierbei als Informationsträger beteiligt, und als katalytisches Molekül bei der Übersetzung dieser Information in ein Protein.


Sequenz

In der Genetik ist die Sequenz der genomischen DNA, kurz DNA-Sequenz oder Nukleotid-Sequenz, die Abfolge der DNA-Bausteine (Nukleotide), wie sie aus der DNA-Sequenzierung entziffert werden kann.


Spezialchemikalien

Spezialchemikalien weisen einen hohen Funktionalisierungsgrad auf. Weltweit werden davon Tonnagen von weniger als 10.000 Tonnen pro Jahr hergestellt .


Systembiologie

Die Systembiologie ist ein Teilgebiet der Biowissenschaften, in dem versucht wird, biologische Organismen in ihrer Gesamtheit zu verstehen. Ein integriertes Bild aller regulatorischen Prozesse über alle Ebenen, vom Genom über das Proteom, zum Stoffwechsel bis hin zum Verhalten und zur Biomechanik des Gesamtorganismus soll entschlüsselt werden.


Transkriptomik

Transkriptomik bezeichnet die Erforschung aller Gene, die als mRNA (Boten-RNA) vorliegen. Die mRNA ist eine Abschrift der Gene. Sie wird bei der Transkription produziert. Transkription ist der erste Schritt der Proteinbiosynthese, bei der anhand der Baupläne der Erbinformation Eiweiße aus entsprechenden Aminosäurebausteinen entstehen. Die Boten-RNA dient dabei als Indikator für die Aktivität von Genen.


Transgen

Transgene Organismen sind Lebewesen, die in ihrem Genom zusätzliche Gene aus anderen Arten enthalten. Es handelt sich um genetisch veränderte Organismen (GVO).


Upstream-Processing

Als Upstream-Processing bezeichnet man die vorbereitenden Maßnahmen für die Fermentation. Sie umfassen beispielsweise die fachgerechte Lagerung von Mikroorganismen, die Vorbereitung der Substrate oder auch die Reinigung und Sterilisation des Bioreaktors.


Vitamine

Vitamine sind organische Verbindungen, die vom Organismus nicht als Energieträger, sondern für andere lebenswichtige Funktionen benötigt werden. Der körpereigene Stoffwechsel ist nicht in der Lage, die Vitamine zu synthetisiern. Sie müssen deshalb mit der Nahrung aufgenommen werden.


Zelle

Die Zelle (aus dem Lateinischen cellula = kleine Kammer, Zelle) ist die kleinste strukturelle Einheit aller Lebewesen. Es gibt Einzeller, die aus einer Zelle bestehen, und Mehrzeller, bei denen mehrere Zellen zu einer funktionellen Einheit verbunden sind. Jede Zelle stellt ein strukturell abgrenzbares, eigenständiges und selbsterhaltendes System dar. Die Zelle enthält die Informationen für all diese Funktionen und Aktivitäten. Alle Zellen können sich durch Zellteilung vermehren, verfügen über einen Stoff- und Energiewechsel, reagieren auf Reize und haben unter Umständen die Möglichkeit zur Bewegung. Jede Zelle, ob prokaryotisch oder eukaryotisch, hat eine Membran, die die Zelle von der Umgebung abgrenzt. Durch diese Membran wird kontrolliert, was in die Zelle aufgenommen und was hinaustransportiert wird. Ähnliche funktionsbezogene Strukturen gibt es in kleinstem Maßstab auch innerhalb der Zelle. Diese Strukturen nennt man Organellen.


Zellkern

Als Zellkern (lat. Nucleus = Kern, altgriechisch Karyon = Kern) bezeichnet man ein im Zellplasma gelegenes Organell der eukaryotischen Zelle, das die Erbinformation in Form der DNA enthält.



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