Forschen für die Umwelt

Glossar

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B

Biodiversität

Biodiversität bezeichnet die Vielfalt des Lebens. Sie umfaßt drei Ebenen: die Diversität der Ökosysteme, der Artenvielfalt sowie die genetische Diversität von Individuen innerhalb einer Art.

Schätzungsweise 90 Prozent aller Mikroorganismen in der Natur sind mit Grenzflächen assoziiert und bilden dort aus mikrobiellen Gemeinschaften Biofilme. Solche Grenzflächen können die Oberflächen fester Stoff sein, Grenzschicht zwischen Flüssigkeitsphasen (Beispiel zwischen Öl und Wasser) oder aber auch die Oberfläche von Gewässern. Die Dicke der Biofilme kann wenige Mikrometer bis zu mehreren Zentimetern betragen.

Biokatalyse

Beschleunigung von (bio)chemischen Reaktionen durch den Einsatz von Biokatalysatoren (Enzymen), wobei die für die Reaktion erforderliche Aktivierungsenergie herabgesetzt wird. Die Biokatalysatoren liegen nach erfolgter Reaktion in ihrer ursprünglichen Form vor. Mit dem Begriff Biokatalysatoren werden neben den freien Enzymen auch ganze Zellen (Bakterien, Hefen, Pilze) bezeichnet. Durch die Biokatalyse können Reaktionen enantiomer- und regiospezifisch unter milden Reaktionsbedingungen (wässriges Medium, 20-40°C) realisiert werden, die ohne Verwendung eines Biokatalysators extrem langsam verlaufen oder hohe Temperaturen, Drücke und umweltschädigende Reagenzien verlangen. Der Einsatz von Biokatalysatoren ermöglicht perspektivisch die Substitution chemischer Prozesse (z.B. Etablierung chiraler Synthesen) und erhöht damit die Nachhaltigkeit in der chemischen und pharmazeutischen Industrie.

Biokonversion

Die Biokonversion bezeichnet die Umwandlung von organischen Energieträgern durch ganze Organismen oder isolierte Enzymsysteme. Der Begriff findet insbesondere Verwendung bei Verfahren, mit deren Hilfe die in der organischen Substanz (Biomasse / Biogas) gespeicherte Sonnenenergie durch den Stoffwechsel von Mikroorganismen in andere Produkte - hauptsächlich gasförmige Energieträger (z. B. Alkohol, Methan, Wasserstoff) - umgewandelt wird.

Bioleaching

Beim Bioleaching - auch biologische Laugung - werden unlösliche sulfidische Metallverbindungen mit Hilfe von Bakterien zu wasserlöslichen Salzen oxidiert. Bioleaching kommt unter anderem bei der Kupfergewinnung zum Einsatz. Dabei entsteht eine Lösung mit Kupfersulfat, aus der sich das Kupfer leicht gewinnen lässt. Dieses Verfahren eignet sich ebenfalls gut zur Reinigung schwermetallbelasteter Böden und Sedimente.

Biomasse

Biomasse setzt sich aus der Gesamtheit der Masse an organischem Material in einem definierten Ökosystem zusammen. Sie ist also die Summe aus der Masse aller Lebewesen, der abgestorbenen Organismen und die organischen Stoffwechselprodukte.

Biopolymere

Als Biopolymere werden in der Natur vorkommende hochmolekulare kettenförmige und quervernetze Verbindungen bezeichnet, die durch Polymerisation von Monomeren (Grundbausteine, Einzelmoleküle) entstehen. Im Unterschied zu chemischen Polymerisationsprodukten können Biopolymere durch biokatalytische Reaktionen von Lebewesen (Pflanzen, Tiere, Mikroorganismen) gebildet werden und sind biologisch abbaubar (Biodegradation). Biopolymere haben für Lebewesen eine herausragende Bedeutung als Speicherstoffe (z.B. Polysaccharide) oder bei der Übertragung der Erbinformation (z.B. DNA, RNA). Einige Biopolymere, wie z.B. Dextran, Aliginat, Polyhydroxybutyrat (PHB) und \;alkanoate (PHA) können hocheffizient mittels biotechnologischer Verfahren teilweise bis in den industriellen Maßstab produziert werden.

Bioremediation

Als Bioremediation wird der Einsatz von Organismen (Mikroorganismen, Pilze und Pflanzen) zur Beseitigung von Verunreinigungen und Schadstoffen bezeichnet.

Biosensor

Biosensoren bestehen aus einer selektiv erkennenden biologischen Komponente (biologischer Rezeptor), und einem Signalwandler (Transducer). Nach einer IUPAC-Definition ist ein Biosensor, im Unterschied zu biotischen Sensoren oder Biotests, ein in sich geschlossenses integriertes System, das eine spezifische quantitative oder halb-quantitative analytische Information liefert, und in dem sich das biologische Erkennungselement mit dem Transducer in direktem räumlichen Kontakt befinden. Die biologische Erkennungsreaktion des Rezeptors wird am Transducer in ein elektronisch verwertbares Signal umgesetzt. Häufig verwendete Rezeptoren in Biosensoren sind z.B. Enzyme, Antikörper, Mikroorganismen oder DNA. Hauptsächlich verwendete Transducer sind den Bereichen der Elektrochemie, Optik, Mechanik oder Thermodynamik zuzuordnen. Biosensoren werden zur selektiven Bestimmung eines Analyten in einem komplexen Gemisch eingesetzt. Anwendungsbereiche sind z.B. Medizin, Umweltanalytik, Lebensmittelindustrie, pharmazeutische und biotechnologische Industrie.

Biosynthesen

Biosynthesen sind biokatalytische Prozesse zum Aufbau (Anabolismus) einfacher und komplexer organischer Verbindungen (z.B. Aminosäuren, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren, Proteine, Fette und Hormone). Biosynthesen können sowohl von lebenden Organismen als auch von isolierten Zellbestandteilen (Enzyme) durchgeführt werden. Biosynthesen mit Mikroorganismen (Bakterien, Hefen, Pilzen), pflanzlichen oder tierischen Zellen werden zunehmend in biotechnologischen Verfahren (Weiße Biotechnologie) für die Gewinnung industriell bedeutsamer Verbindungsgruppen wie Aminosäuren (z.B. Glutaminsäure), organische Säuren (z.B. Citronensäure, Essigsäure), Vitamine (z.B. Vitamin C), Antibiotika (z.B. Penicillin), Alkohole (z.B. Ethanol) und Biopolymere (z.B. Polyhydroxybuttersäure) eingesetzt.

biotisch

Biotisch ist die Bezeichnung für Umweltfaktoren, an denen Lebewesen erkennbar beteiligt sind. Im Gegensatz dazu sind abiotische Umweltfaktoren solche, an denen keine Lebewesen beteiligt sind - beispielsweise der geologische Untergrund, Licht, Temperatur und Wärme.

Biotop

Ein Biotop (der oder das Biotop; von griech. bios = Leben + topos = Ort) ist eine räumlich abgrenzbare Einheit eines Ökosystems, in dem eine bestimmte Gemeinschaft verschiedener Arten lebt. Der Lebensraum wird maßgeblich durch seine abiotischen Faktoren (unbelebte Bestandteile) geprägt. Im Gegensatz dazu ist das Habitat durch die Ansprüche aus Sicht eines Individuums oder einer Population einer Art definiert. Habitate und Biotope müssen nicht deckungsgleich sein.