Enzyme in der Biokatalyse

In den letzten Jahrzehnten haben sich Enzyme als eine neue Katalysatorklasse der modernen Synthesechemie etabliert und setzen ihren Siegeszug durch Entdeckung weiterer Anwendungsmöglichkeiten und Entwicklung effizienterer Systeme kontinuierlich fort. Die rasante Entwicklung dieser ꞌꞌWerkzeuge der Naturꞌꞌ hat verschiedene Ursachen, wobei die Einzigartigkeit der katalysierten Reaktionen, Fortschritte auf dem Gebiet der Molekular- und Proteinbiologie sowie bei der Entwicklung geeigneter Assay-Systeme wahrscheinlich als wichtigste zu nennen sind. Enzyme bieten die Möglichkeit von Transformationen und Selektivitäten, die für die Synthesechemie hochinteressant sind, sich jedoch mit den klassisch chemischen Methoden teilweise schwer oder gar nicht realisieren lassen. Zusätzlich zu der mehrfach bewährten Enzymklasse der Hydrolasen stehen insbesondere die Oxidoreduktasen, Transferasen und Lyasen im Focus der synthetischen Anwendung. Durch Einbeziehung der Möglichkeit der Biokatalyse in die retrosynthetische Analyse zahlreicher Naturstoff-Synthesen tragen wir mit unserer Arbeit zur Etablierung neuer biokatalytischer Anwendungen bei und zeigen ihr Potential als Ergänzung der klassischen chemischen Werkzeuge auf. Neben den ꞌꞌaltbewährtenꞌꞌ Biokatalysatoren wie Lipasen und Alkohol-Dehydrogenasen stehen auch ꞌꞌmoderneꞌꞌ Biokatalysatoren wie Enoat-Reduktasen, Aldolasen, Monooxygenasen, Glucosidasen und Laccasen im Mittelpunkt verschiedener Forschungsprojekte und diese Liste wächst stetig mit neuen synthetischen Herausforderungen.

Neben der Charakterisierung und Anwendung dieser Biokatalysatoren stellt auch die Bereitstellung dieser Enzyme eine zentrale Aufgabe im IBOC dar. Dabei finden sowohl die klassischen Methoden zur Expression ausgewählter enzymkodierender Gene als auch innovative Ansätze wie optogenetische „Schalter“ für eine lichtvermittelte Kontrolle der Genexpression in Hefen und anderen Wirtsorganismen Anwendung.

Ausgewählte Publikationen

Claudia Holec, Ute Hartrampf, Katharina Neufeld, Jörg Pietruszka, ChemBioChem, 2017, DOI:10.1002/cbic.201600685, "P450 BM3-catalyzed regio- and stereoselective hydroxylation aiming at the synthesis of phthalides and isocoumarins"

Claudia Holec, Katharina Neufeld, Jörg Pietruszka, Adv. Synth. Catal. 2016, 358, 1810-1819; "P450 BM3 monooxygenase as an efficient NAD(P)H-oxidase for regeneration of nicotinamide cofactors in ADH-catalysed preparative scale biotransformations"

Claudia Holec, Diana Sandkuhl, Dörte Rother, Wolfgang Kroutil, Jörg Pietruszka, ChemCatChem 2015, 7, 3125-3130; "Chemoenzymatic Synthesis towards the Active Agent Travoprost"

Sanel Suljić, Frederik B. Mortzfeld, Matthias Gunne, Vlada B. Urlacher, Jörg Pietruszka, ChemCatChem 2015, 7, 1380-1385; "Enhanced Biocatalytic Performance of the Bacterial Laccase from Streptomyces sviceus - Application in the Michael Addition Sequence Towards 3-Arylated 4-Oxochromanes"

Sanel Suljić, Jörg Pietruszka, Dennis Worgull, Adv. Synth. Catal. 2015, 357, 1822-1830; "Asymmetric Bio- and Organocatalytic Cascade Reaction – alpha-Arylation of Aldehydes"

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