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Discovery and Design of Promiscuous Acyltransferases

  • Unter promiskuitiver Acyltransferase-Aktivität versteht man die Eigenschaft bestimmter Hydrolasen, in wässriger Lösung bevorzugt Acyltransfer statt Hydrolyse zu katalysieren. Bis vor Kurzem waren nur wenige promiskuitive Acyltransferasen literaturbekannt. Dies führte zu der allgemeinen Annahme, dass diese Aktivität ein seltenes Phänomen in Hydrolasen ist. Diese Arbeit zeigt jedoch, dass promiskuitive Acyltransferase-Aktivität in der Familie der bakteriellen hormonsensitiven Lipasen und Carboxylesterasen der Familie VIII weit verbreitet ist. Detaillierte Struktur-Funktions-Analysen ermöglichen die sequenzbasierte Vorhersage und Optimierung der Acyltransferase-Aktivität in beiden Enzymfamilien. Insbesondere die Carboxylesterasen der Familie VIII überschreiten die Grenzen des bisher für möglich Gehaltenen, indem sie gute Enantioselektivität bei der kinetischen Racematspaltung sekundärer Alkohole zeigen und darüber hinaus die irreversible Bildung von Amiden und Carbamaten in Wasser katalysieren können. Die biokatalytische Acylierung von Zuckern in Wasser galt lange Zeit als unerreichtes Ziel der Biokatalyse. In dieser Arbeit wurde jedoch gezeigt, dass natürlich vorkommende und modifizierte Carboxylesterasen der Familie VIII die regioselektive Acetylierung von Glucose, Maltose und Maltotriose in Wasser mit hoher Effizienz katalysieren können.
  • Promiscuous acyltransferase activity is the ability of certain hydrolases to preferentially catalyse acyl transfer over hydrolysis, even in bulk water. Until recently, only a few promiscuous acyltransferases were literature-known. This led to the general assumption that this activity is a rare phenomenon in hydrolases. However, this work demonstrates that promiscuous acyltransferase activity is widespread in the bacterial hormone-sensitive lipase family and family VIII carboxylesterases. Detailed structure-function analyses enabled the sequence-based prediction and optimisation of acyltransferase activity in both enzyme families. Especially family VIII carboxylesterases push the boundaries of what was previously thought possible by showing good enantioselectivity in the kinetic resolution of secondary alcohols and the ability to catalyse the irreversible formation of amides and urethanes in water. Biocatalytic acylation of sugars in water has long been an unrealized goal of biocatalysis. However, naturally occurring and engineered family VIII carboxylesterases were shown to efficiently catalyse the regioselective acetylation of glucose, maltose, and maltotriose in water.

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Metadaten
Author: Henrik Müller
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-44431
Title Additional (German):Entdeckung und Design promiskuitiver Acyltransferasen
Referee:Prof. Dr. Uwe T. Bornscheuer, Prof. Dr. Ulf Hanefeld, Prof. Dr. Wolfgang Kroutil
Advisor:Prof. Dr. Uwe T. Bornscheuer
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2021
Date of first Publication:2021/03/24
Granting Institution:Universität Greifswald, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Date of final exam:2021/03/12
Release Date:2021/03/24
Tag:Acyltransferasen, Promiskuität
GND Keyword:Biokatalyse, Proteindesign
Pagenumber:175
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Chemie und Biochemie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 500 Naturwissenschaften