C-C-Bindungen knüpfende Enzyme

Aldolasen:

Bei den Aldolasen untersuchten wir die Transaldolase (TAL) und die strukturverwandte, neuartige Fruktose-6-Phosphat-Aldolase (FSA) und deren Mutantenproteine (Muteine). In Kooperation mit Prof. Gunter Schneider am Karolinska-Institut in Stockholm wurden die dreidimensionalen Strukturen der TAL und einiger TAL-Muteine gelöst. Erstmals für Aldolasen wurde dabei der Enzym:Substratkomplex des Typs einer Schiff´schen Base aufgeklärt. Ebenso wurde die Struktur des dekameren Enzyms FSA gelöst. Durch ortsgerichtete Mutagenesen wurden die aktiven Zentren der Enzyme verändert und diese „Muteine“ wurden danach auf ihre Katalyseeigenschaften untersucht. In Zusammenarbeit mit der AG von Prof. W.D. Fessner an der TU Darmstadt wurde die gerichtete Evolution der Transaldolase zur Gewinnung neuer Enzymeigenschaften erfolgreich untersucht. So konnten Mutantenproteine mit neuartigen oder verbesserten Eigenschaften erhalten werden (z.B. Dihydroxyaceton als Donorsubstrat für TAL-Reaktionen; unphosphorylierte Aldehyde als Akzeptorsustrate). Wir verfügen somit über verschiedene TAL- und FSA-Mutantenproteine, die den Zugang zu interessanten neuen Zuckern und Zuckeranaloga aus chemo-enzymatischen Synthesen ermöglichen. Dies konnten wir in Zusammenarbeit mit verschiedenen Arbeitsgruppen (Fessner, Lemaire, Clapés) unter Beweis stellen. Ein DFG-Projekt (Dr. Anne Samland) beschäftigte sich mit den Determinanten der Substrat- und Stereoselektivität von Dihydroxyaceton verwertenden Transaldolasen und FSA. Eine Variante von FSA mit dem Aminosäureaustausch Ala129>Ser (A129S) zeigt deutlich verbesserte katalytische Effizienz gegenüber Fruktose-6-Phosphat. Diese Eigenschaft konnten wir kürzlich erfolgreich zur Umlenkung der Glykolyse in einer E. coli-Mutante einsetzen, der die Funktionen der Phosphofructokinase und der Glucose-6-Phosphatdehydrogenase fehlen.

Thiamin-abhängige Enzyme:

Verschiedene Thiamindiphosphat (ThDP)-abhängige Enzyme können – neben ihren Funktionen im Stoffwechsel- auch als Biokatalysatoren für C-C-Bindungsknüpfungen verwendet werden. In der Vergangenheit untersuchten wir die Transketolase (TKT), die strukturverwandte 1-Desoxyxylulose 5-Phosphat-Synthase (DXS) aus E. coli und die Phosphonopyruvat-Decarboxylase (PPDC, aus Streptomyces viridochromogenes).

Im Rahmen einer DFG-Forschergruppe (For 1296) untersuchten wir in Kooperation mit der AG von Jürgen Pleiss (ITB, Univ. Stuttgart) und Michael Müller (Univ. Freiburg) die Verwendung des Enzyms MenD (SEPHCHC-Synthase) als neuartigem Biokatalysator für 1,2- und 1,4-Additionen. Auch hier wurden Mutantenproteine erzeugt und – in Kooperation mit Prof. Gunter Schneider- auf ihre Struktur-Funktionsbeziehungen hin untersucht. MenD nutzt-neben seinem eigentlichen Donor 2-Ketoglutarat z.B. auch 2-Keto-4-Hydroxyglutarat; dadurch eröffnen sich neue Synthesemöglichkeiten.

Publikationen zum Arbeitsgebiet C-C-Bindungen knüpfende Enzyme

Weitere Arbeitsgebiete:  Synthese von Feinchemikalien mit Mikroorganismen