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Strukturelle Untersuchungen zur Aktivität und Stabilität in Acetaldehyd-abhängigen Aldolasen

Dick, Markus - Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (2016)


Die 2-Desoxy-D-ribose-5-phosphat Aldolase (DERA) besitzt als C-C-verknüpfendes Enzym ein hohes Potential für den Einsatz in der organischen Synthese. Auf Grund der sehr guten stereoselektiven Kontrolle in Kombination mit milden Reaktionsbedingungen ohne zusätzliche, toxische Chemikalien ist das Enzym zu einer vielversprechenden Alternative zu rein chemischen Methoden für die Herstellung von Bausteinen für biologisch aktive Verbindungen geworden. Prominentes Beispiel einer solchen Synthese ist die DERA-katalysierte Herstellung der Seitenkette von bestimmten Statinderivaten, welche als Cholesterin-senkende Medikamente einen Milliardenmarkt darstellen.

Trotzdem limitieren entscheidende Nachteile wie eine geringe Stabilität und Substratbreite den industriellen Einsatz des Biokatalysators. Daher liegt der Fokus dieser Arbeit auf der Optimierung der DERA für eine synthetische Anwendung. Im ersten Teil der Dissertation wird erläutert, wie mit Hilfe von computergestützten Methoden die Thermostabilität des Enzyms durch den Austausch von einzelnen Aminosäuren erhöht werden konnte. Im Laufe der Evolution hat die Natur bereits in sog. extremophilen Organismen Anpassungen der DERA bezüglich Aktivität und Stabilität durchgeführt. Daher wird im zweiten Teil der Arbeit beschrieben, wie durch vergleichende, strukturelle Studien molekulare Ursachen für die Adaption der Enzyme gefunden und diese für die Verbesserung der biochemischen Eigenschaften genutzt werden. Abschließend konnte im dritten Projekt durch hochauflösende Verfahren wie NMR- und Röntgenkristallographie-Studien die Ursache und eine Präventionsmöglichkeit für die schnelle Inaktivierung des Enzyms bei hohen Substratkonzentrationen gefunden werden.


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