Reaktionstechnische Untersuchungen zu Thiamindiphosphat-abhängigen C-C-knüpfenden Enzymen

Wiss. Kontakte und Kooperationen:Institut für Molekulare Enzymtechnologie, Heinrich-Heine Universität Düsseldorf; Lehrstul für Pharmazeutische und Medizinische Chemie, Albert-Ludwigs Universität Freiburg; Institut für Biotechnologie II, Forschungszentrum Jülich; Institut für organische und bioorganische Chemie, Karl-Franzens-Universität Graz; Max-Planck-Arbeitsgruppen für strukturelle Molekularbiologie, Arbeitsgruppe Proteindynamik, DESY Hamburg.

In diesem Forschungsschwerpunkt werden zum einen die beiden Enzyme Benzaldehydlyase (BAL) und Benzoylformiat Decarboxylase (BFD) bzgl. ihrer Reaktionstechnischen Seite untersucht. Schwerpunkte beziehen sich hierbei sowohl auf die Anwendung der Enzyme als auch auf einer grundlagenbezogenen Forschung. In ihrer Reaktion katalysieren die BAL und BFD die enantioselektive Knüpfung von Aldehyden in 2-Hydroxyketone, die u.a. in der Pharmaindustrie als Intermediate eingesetzt werden.

Zur Gewinnung der Enzyme werden Bakterienstämme durch Fermentation kultiviert und die Zielproteine über verschiedenen chromatographische Verfahren aufgereinigt.Die Enzyme BFD und BAL werden durch unterschiedliche Verfahren an verschiedenen Festphasenmatrizen immobilisiert und hinsichtlich repetetiver Reaktionsführungen näher untersucht.

In einer weiteren Studie werden verschiedene gentechnisch differenzierte Mutanten der BFD bezüglich ihrer veränderten Enantioselektivität untersucht und charakterisiert. Dabei spielt sowohl die Untersuchung verschiedener Substrate und Reaktionsparameter eine wichtige Rolle, sowie auch die Kristallisation verschiedener Reaktionszustände bezüglich der Substrate und Inhibitoren.

Eine weitere Anwendung der C-C-knüpfenden Enzyme BAL und BFD ist der Einsatz in einem gekoppelten enzymatischen Reaktionssystem. Im ersten Schritt werden Olefine mittels einer Dioxygenase in zwei Aldehyde gespalten, welche wiederum als Substrate für BAL bzw. BFD dienen. Die Oxidation mittels Dioxygenase erfolgt im Druckreaktor unter Einwirkung von Sauerstoffgas.Das Gesamtergebnis soll folglich eine Oxidation von Alkenen zu chiralen 2-Hydroxyketonen sein.