FWF-PLP-abhängige Enzyme - PLP-abhängige Enzyme: von Genomik zu chemischen Verbindungen

  • Lypetska, Kateryna, (Teilnehmer (Co-Investigator))

Projekt: Foschungsprojekt

Beschreibung

Aminosäuren gehören zu den wichtigsten Molekülen in der Natur und Chemie, da sie eine zentrale Rolle als Stoffwechselintermediate aber auch als Bausteine von Proteinen und Pharmazeutika spielen. In lebenden Organismen katalysiert Pyridoxal-5’-phosphat (PLP) -abhängige Enzyme eine ganze Reihe von biochemischen Reaktionen mit Aminosäuren und deren Analoga als Substraten. Diese Enzyme wurden von Synthesechemikern zur Synthese von natürlichen Aminosäuren und auch zur Synthese von nichtkanonischen Aminosäuren eingesetzt. In diesem Projekt werden wir das katalytische Potential von PLP-abhängigen Lyasen untersuchen und erweitern, wobei wir uns vor allem Threoninaldolasen als Biokatalysatoren von alpha- und beta-substituierten alpha-Aminosäuren widmen werden. Gegenwärtig stellen die hohe Spezifität für natürliche Substrate und die oftmals geringe Stereoselektivität wesentliche Einschränkungen für die Anwendung von PLP-abhängigen Lyasen in der Organischen Synthese dar. Rationales Design würde eine effiziente Methode zur Optimierung der Enzymeigenschaften darstellen, jedoch ist die Identifizierung der entscheidenden funktionellen Reste eine Herausforderung. Die Analyse der evolutionären Zusammenhänge innerhalb PLP-abhängiger Enzymfamilien ist essentiell um zu verstehen, wie die Funktion dieser Enzyme durch die Natur evolviert wurde. Wir wollen dieses evolutionäre Wissen nützen, um neue Substratspezifitäten und katalytische Aktivitäten zu designen und zu optimieren. Bei der Erforschung der PLP-abhängigen Enzyme werden von uns genetische und strukturelle Informationen verglichen, um:
a) das Verständnis der Struktur-Funktion-Beziehungen in PLP-abhängigen Enzymen zu vertiefen und jene Aminosäurereste zu identifizieren, die für die funktionelle Unterscheidung dieser Enzyme gleichen evolutionären Ursprungs entscheidend sind;
b) Mutationen vorhersagen zu können, mit denen die Substratspezifität (z. B. des Donors) und Diastereoselektivität von Threoninaldolasen verbessert werden können und Biokatalysatoren für die Synthese von beta-Hydroxy-alpha-quaternären-alpha-Aminosäuren zu designen;
c) das katalytische Potential von PLP-abhängigen Lyasen mit unterschiedlichen katalytischen Eigenschaften (z. B. Tryptophansynthase, Tyrosin Phenol-Lyase, und Cystathionin-beta-lyase) zugänglich zu machen und ihre promiskuitive Aktivität zur Herstellung von beta-substituierten alpha-Aminosäuren zu nützen.
Rational designte Lyasen werden für die asymmetrische Synthese von nichtkanonischen Aminosäuren in hoher Selektivität und milden Reaktionsbedingungen eingesetzt werden. Dieser neuartige biokatalytische Ansatz wird eine vielversprechende Alternative zu gegenwärtig benützten chemischen Verfahren sein.
StatusAbschlussdatum
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/07/1528/02/19