Etablierung von P450 BM3 Monooxygenasen als chemo- und stereoselektive Biokatalysatoren für die organische Synthese

Beschreibung

Die selektive Aktivierung von C-H-Bindungen zur de novo Funktionalisierung einfacher Ausgangssubstanzen gilt als eleganteste Methode zur Erhöhung der strukturellen Komplexität von Verbindungen in der organischen Synthese. Chemische Methoden für entsprechende Umsetzungen stehen jedoch nur begrenzt zur Verfügung, sodass Monooxygenasen im Hinblick auf Oxyfunktionalisierungen ein enormes Potential bergen. Die Erforschung dieser Biokatalysatoren für solche Anwendungen stellt daher eine wichtige Herausforderung dar. Im Rahmen dieser Arbeit ist es gelungen eine vielseitig anwendbare Enzymbibliothek der bakteriellen P450 BM3 Monooxygenase aus B. megaterium herzustellen. Die Bibliothek wurde zur Identifizierung von Enzymvarianten für die chemoselektive benzylische Hydroxylierung von hochsubstituierten Aromaten sowie für die chemo- und enantioselektive allylische Hydroxylierung von linearen terminalen Olefinen herangezogen; letztere lieferte einen effizienten Zugang zu wichtigen Schlüsselbausteinen für die Naturstoffsynthese. Die präparative Herstellung der entsprechenden Alkohole zeigte zudem das synthetische Anwendungspotential der Biokatalysatoren auf und stellt eine signifikante Verbesserung zu konventionellen chemischen Methoden dar. Des Weiteren wurde die erzeugte Enzymbibliothek zur Etablierung eines Fluoreszenzassays auf Cumarinbasis genutzt, der sowohl als Grundlage für ein Proteinengineering als auch zur Identifizierung potentieller Substrate dieses Enzyms eingesetzt werden kann und zahlreiche Vorteile gegenüber bekannten Alternativen bietet. Die Anwendung von P450 BM3 für die Kofaktorregenerierung im Rahmen einer oxidativen kinetischen Racematspaltung zeigte ferner eine bislang unbekannte Einsatzmöglichkeit für P450 Monooxygenasen auf.

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Katharina Neufeld

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Aromatische Substrate BM3 P450

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