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Abstract:
Im Rahmen eines weiterführenden Projektes soll das Konzept der gerichteten Evolution auf semisynthetische Enzyme ausgeweitet werden (Schema 20).[67] Dadurch könnten die einzigartigen Wechselwirkungen von Proteinliganden, die Enzymen ihre hervoragenden Reaktionsbeschleunigungen und Selektivitäten verleihen, auf die wesentlich flexibleren homogenen Katalysatoren übertragen werden, und in Kombination mit einer effizienten genetischen Optimierungsstrategie wäre eine Verbesserung der daraus resultierenden katalytischen Eigenschaften innerhalb kürzester Zeit möglich. Dies brächte eine völlig neue Perspektive in die Katalyseforschung. In der vorliegenden Arbeit sollen notwendige experimentelle Grundlagen für eine erfolgreiche Umsetzung dieses Konzepts erarbeitet werden.
Ein Kernpunkt der Untersuchungen ist der neu hinzugekommene Teilschritt der gezielten chemischen Proteinmodifikation mit einer katalytisch aktiven Gruppe, für den geeignete Methoden und Katalysatoren entwickelt werden sollen. Außerdem soll ein Protein mit entsprechenden strukturellen und biologischen Voraussetzungen gefunden werden, um die katalytischen Eigenschaften der erhaltenen semisynthetischen Enzyme in ausgewählten Modellreaktionen näher untersuchen zu können. Besonders wichtig ist dabei die Enantioselektivität, für die ausschließlich der Proteinligand verantwortlich sein soll.
Ein weiterer Fokus der Arbeit liegt auf Miniaturisierung und Parallelisierung der Katalyse, da im späteren Verlauf eine große Anzahl semisynthetischer Enzyme, von denen nur äußert geringe Mengen hergestellt werden können, auf Verbesserungen untersucht werden sollen. Hierfür ist eine Optimierung der Reaktionsbedingungen erforderlich, so daß reproduzierbare Ergebnisse mit nur sehr kleinen Katalysatormengen erzielt werden können. Desweiteren sollen auch Technologien für die Durchführung sehr vieler paralleler homogener Katalysen entwickelt werden.
Bei der Mutagenesestrategie, bei der Expression und Reinigung der Proteine sowie der Identifizierung verbesserter Katalysatoren ist die Verwendung bereits literaturbekannter Methoden und vorhandener Geräte beabsichtigt.
