Dokument: Biochemische und biokatalytische Charakterisierung der Butandioldehydrogenasen aus Bacillus clausii DSM 8716T und Bacillus licheniformis DSM 13T

Titel:	Biochemische und biokatalytische Charakterisierung der Butandioldehydrogenasen aus Bacillus clausii DSM 8716T und Bacillus licheniformis DSM 13T
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=55272
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20210125-111426-7
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Muschallik, Lukas [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 28,54 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 22.01.2021 / geändert 22.01.2021
Beitragende:	Prof. Dr. Pohl, Martina [Gutachter] Prof. Dr. Jaeger, Karl-Erich [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibung:	Obwohl Dehydrogenasen und besonders Alkoholdehydrogenasen biokatalytisch bestens untersucht sind, ist der Einsatz von Butandioldehydrogenasen in der Biokatalyse bisher kaum beschrieben. Physiologisch katalysieren diese Enzyme die stereoselektive Reduktion von Diacetyl und Acetoin final zum 2,3-Butandiol. Auch die Rückreaktion, die Oxidation von 2,3-Butandiol, wird von diesen Enzymen katalysiert, jedoch nur bis zum Acetoin Intermediat. Vor allem finden diese Enzyme daher oft Erwähnung in der biologischen Produktion von 2,3-Butandiol. Doch gerade durch ihre natürliche Affinität gegenüber α-Hydroxyketonen und vicinalen Diolen bieten diese Enzyme großes Potential als Biokatalysatoren für die enantioselektive Synthese dieser Molekülgruppen, die als Aromastoffe, Pheromone und Synthons für Pharmazeutika Anwendung finden können. Auch ist die rein chemische Synthese dieser oft schwierig und verbunden mit der Verwendung schwermetallhaltiger Katalysatoren. Daher wurden in dieser Arbeit die Butandioldehydrogenasen aus Bacillus licheniformis DSM 13T (BlBDH) und Bacillus clausii DSM 8716T (BcBDH) biochemisch und biokatalytisch charakterisiert und für der Einsatz in Biotransformationen evaluiert. BcBDH und BlBDH unterscheiden sich auf struktureller Ebene grundlegend und gehören zu den Superfamilien der ,,medium-chain“ bzw. ,,short-chain“-Dehydrogenasen“. Beide Enzyme konnten mit sehr guten Ausbeuten heterolog in E. coli Bl21 (DE3) produziert werden. Sie akzeptieren eine große Auswahl an nicht natürlichen vicinalen Diketonen und α-Hydroxyketonen als Substrate, auch sterisch anspruchsvolle Moleküle, die z.B. einen Phenylrest beinhalten. Aus biokatalytischer Sicht unterscheiden sich beide Enzyme deutlich. So diskriminiert die BcBDH zwischen symmetrischen und asymmetrischen Molekülen wodurch die Reaktion entweder am α-Hydroxyketon oder Diol ausgehend von einem Diketon stoppt. Auch wird als erstes immer die Hydroxygruppe am größeren Molekülrest reduziert. Hier konnte die R-Selektivität für die natürlichen und einige nicht natürliche Substrate demonstriert werden. Die BlBDH hingegen fügt ein S-konfiguriertes Stereozentrum ein, weißt aber unterschiedliche kinetische Parameter für R- und S-Enantiomere dieser Substrate auf. Ausgehend von einem Diketon stagniert die Reaktion bei der Bildung des α-Hydroxyketons bei kurzer Reaktionsdauer. Eine Weiterreduktion zum vicinalen Diol erfolgt oft erst bei längerer Reaktionsdauer oder größerem Enzymeinsatz. Im Gegensatz zur BcBDH reduziert die BlBDH als erstes immer die Hydroxygruppe am kleineren Molekülrest des Substrats. Eine besonders hohe Stereoselektivität konnte in Biotransformationen mit der BcBDH beobachtet werden. Bei der Umsetzung von 5-Methyl-2,3-hexandion, 2,3-Hexandion und 2,3-Heptandion mit diesem Enzym wurden so Enantioselektivitäten von 97%, 89% und 99% ee. erreicht. Als erstes direktes Anwendungsbeispiel konnte der Einsatz der BcBDH bei der Entwicklung eines potentiometrischen Biosensors zur Messung der Acetoinkonzentration in Bier und Wein im Rahmen eines Kooperationsprojekts (AG Prof. Schöning, INB FH Aachen) gezeigt werden.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	25.01.2021
Dateien geändert am:	25.01.2021
Promotionsantrag am:	22.09.2020
Datum der Promotion:	13.01.2021