ThDP-abhängige Enzyme
Thiamindiphosphat (ThDP), die physiologisch aktive Form von Vitamin B1, ist der Cofaktor der ThDP-abhängigen Enzyme und essentiell für deren katalytische Aktivität.
Abbildung 1: Thiamindiphosphat (ThDP)
Im ersten Schritt der Enzymkatalyse wird ThDP am C2-Atom des Thiazolium-Rings zum Ylid deprotoniert. Durch Addition des Ylids an einen Aldehyd (Donor-Substrat) wird die Aldehydfunktion des Donors in ein nucleophiles Reaktionszentrum (sog. aktivierter Aldehyd) umgepolt. Als Donor-Substrate können auch 2-Ketocarbonsäuren fungieren, die nach Anbindung an den enzymgebundenen Cofaktor ThDP decarboxyliert werden. Der aktivierte Aldehyd kann anschließend je nach Enzym auf verschiedene Elektrophile (z.B. Aldehyde) übertragen werden (Abbildung 2).
Abbildung 2: Genereller Mechanismus der Reaktion von ThDP-abhängigen Enzymen.
ThDP-abhängigen Enzyme besitzen dadurch das Potential, unterschiedliche Ligase- und Lyase-Reaktionen (z.B. die Bildung und Spaltung von C-C-, C-S-, C-N- und C-O-Bindungen) zu ermöglichen. Der Einsatz dieser Enzymklasse in der biokatalytischen Synthese eröffnet so den Zugang zu vielen wertvollen chiralen Bausteinen, deren enantioselektive Synthese in der organischen Chemie oft eine Herausforderung darstellt.
Auf dem Gebiet der ThDP-abhängigen Enzyme wurden in unserem Arbeitskreis bereits mehrere Enzyme kloniert, überexpremiert und im Hinblick auf ihr Potential zur asymmetrischen C-C-Bindungsknüpfung untersucht (Abbildung 3).
Abbildung 3: Beispiele für verschiedene, durch ThDP-abhängige Enzyme katalysierte Biotransformationen.
Ziel des Projekts ist es in weiteren Arbeiten neue Carboligations-Reaktionen zu erforschen, sowie durch Mutagenese Enzymvarianten mit veränderten Eigenschaften zu generieren, um das Spektrum an wertvollen Biokatalysatoren für die Synthese zu erweitern.
Projektbeteiligte:
DFG-Forschergruppe FOR 1296 "Diversity of Asymmetric Thiamine Catalysis"