An artificial enzyme cascade for the biocatalytic synthesis of polymer building blocks

• Main Author: Schmidt, Sandy
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: English
• Published: 2015
• Subjects: Enzymkatalyse; Cyclohexanon-Monooxygenase; Caprolacton <epsilon->; Polycaprolactone; Lipase; ddc:540; Antarc*; Antarctica
• Online Access: https://epub.ub.uni-greifswald.de/frontdoor/index/index/docId/1606; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002343-6; https://epub.ub.uni-greifswald.de/files/1606/FINAL_BIB_Diss_SandySchmidt.pdf

Diese Doktorarbeit beschreibt die Untersuchung einer artifiziellen Enzymkaskade bestehend aus einer ADH aus Lactobacillus kefir, einer CHMO aus Acinetobacter sp. NCIMB 9871 und Lipase A aus Candida antarctica bezüglich der biokatalytischen Synthese der Bulkchemikalie ε-Caprolakton, sowie weiteren Derivaten für deren Anwendbarkeit als Polymervorstufen. Aufgrund zahlreicher Limitationen, die einen solchen biokatalytischen Weg bisher verhindern, war das erste Ziel dieser Arbeit die Generierung einer stabilisierten Variante der CHMO. Mittels einer Struktur-basierten Veränderung dieses Enzyms konnten deutlich verbesserte Varianten in Bezug auf eine erhöhte Stabilität gegenüber Oxidation, aber auch gegenüber höheren Temperaturen generiert werden, ohne die katalytische Effizienz des Enzyms signifikant zu beeinflussen. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war der zweiten großen Herausforderung auf dem Weg zur biokatalytischen Synthese von Polyestervorstufen gewidmet, nämlich der Produktinhibierung der CHMO vor allem bei höheren Konzentrationen. Diese Produktinhibierung, ausgelöst durch ε-Caprolakton, kann zu einer Enzyminaktivierung führen. Um diese Limitation zu überwinden, wurde eine elegante Lösung entwickelt, bei der die direkte Ringöffnungs-Oligomerisierung des in situ gebildeten ε-Caprolakton in wässriger Phase unter Nutzung der Lipase A aus Candida antarctica von entscheidender Bedeutung war. So wurde das Problem der Produktinhibierung gelöst, und Oligo-ε-Caprolakton wurde mit >20 glL ausgehend von 200 mM Cyclohexanol erhalten. Dieses Oligomer konnte chemisch leicht zu PCL polymerisiert werden. Mittels einer weiteren Prozess-Entwicklungsstrategie durch ein sogenanntes Lösungsmittel-Engineering konnte gezeigt werden, dass Biotransformationen sehr viel schneller unter Einsatz eines Isooktan-haltigen organischen Zweiphasensystems bei Nutzung freier Enzyme erfolgen. Schließlich wurde die verbesserte Enzymkaskade auf die biokatalytische Synthese von chiralen Oligoestern angewendet. Dabei konnte erfolgreich gezeigt ...