Rekonstitution von Apoenzymen als chemisches Werkzeug für die strukturelle Enzymologie und Biotechnologie

Abstract

Enzyme mit künstlichen Cofaktoren: Nicht diffusionsfähige organische Cofaktoren von Enzymen können oft gegen künstliche Analoga ausgetauscht werden, wobei man halbsynthetische Enzyme erhält (siehe Schema). Dieser Ansatz kann zur Analyse von Struktur‐Funktions‐Beziehungen in der Enzymologie und zur Herstellung neuartiger Enzyme mit verbesserten oder neuen Funktionen, die nützlich für Biosensorik, Biokatalyse und Materialwissenschaften sind, verwendet werden. Viele Enzyme enthalten einen nicht diffusionsfähigen organischen Cofaktor, prosthetische Gruppe genannt, der im aktiven Zentrum des Enzyms platziert und essenziell für die katalytische Aktivität ist. Ein solcher Cofaktor kann oftmals aus dem Protein entfernt werden, wobei das entsprechende Apoenzym freigesetzt wird. Dieses kann wiederum mit einem künstlichen Analogon des nativen Cofaktors rekonstituiert werden. Heutzutage steht eine große Zahl künstlicher Cofaktoren zur Verfügung, die für die Rekonstitution genutzt werden können und damit die Herstellung von neuartigen halbsynthetischen Enzymen ermöglichen. Diese Methode ist in den letzten Jahrzehnten zu einem vielseitigen Hilfsmittel für die strukturelle Enzymologie weiterentwickelt worden, um Struktur‐Funktions‐Beziehungen zu untersuchen. Darüber hinaus kann die Rekonstitution von Apoenzymen genutzt werden, um Enzyme mit verbesserten oder sogar völlig neuartigen Funktionen herzustellen. Der vorliegende Aufsatz gibt einen Überblick über die historischen Entwicklungen auf diesem Gebiet sowie über die aktuellen Methoden zur Rekonstitution von Apoenzymen.

Receives Prize Electrochemistry: A. Heller Honored / Awarded Nanomaterials: M. A. El‐Sayed / Organic Chemistry: L. Gooßen, R. Sarpong, O. Trapp, J.‐Q. Yu, and A. Zakarian / Biotechnology: C. M. Niemeyer / Honored Chemical Ecology: Prize to P. Spiteller

“…The research will be carried out at the interface between molecular cell biology and nanobiotechnology. He has recently produced two Reviews for Angewandte Chemie, which deal with the reconstitution of apoenzymes [6] and (together with H. Waldmann) with the production of protein biochips. [7] Hans Fischer Prize to P. Spiteller His area of research is the study of the chemical ecology of higher fungi, in particular the influence of mycoparasitic fungi on higher fungi.…”

Photocurrent Generation from Hierarchical Zinc‐Substituted Hemoprotein Assemblies Immobilized on a Gold Electrode

“…The creation of efficient electron-transfer interfaces between redox-active proteins and electrodes is a key technological step toward further development of high-performance biosensors and photoelectric conversion biodevices. [1] One of the strategies for wiring the redox-active proteins effectively onto the electrodes is noncovalent immobilization by cofactor reconstitution. Photosynthetic protein complexes, [2] flavoenzymes, [3] and hemoproteins [4] have been successfully coupled to electrodes by using this method.…”

Cascade Reactions in an All‐Enzyme Nanoreactor

“…[6] Several examples of cofactor reconstitution are described in the literature showing that, although it is usually not the case, the activity of the enzyme can sometimes be enhanced by modification of its cofactor. [15] The polymer can be attached to the cofactor, the protoporphyrin IX (PPIX), either by the use of an initiator-modified derivative followed by polymerization [16] or by the coupling of an acetylene end-capped polymer to an azido-derived cofactor by click chemistry. [17] In the present study, we used a third strategy, which is an amidation reaction between an amino-functionalized polymer and a mono-tert-butyl-protected PPIX (2; Scheme 1).…”

“…Given the wide variety of possible enzyme combinations and the fact that enzyme nanoreactors can be constructed in different ways (see above), the methodology presented herein opens new routes to synthesize compounds by enzyme cascade catalysis in the future. In particular, cofactor reconstitution appears to be the technique of choice, [15] since the same cofactor can serve for the reconstitution of several different apoproteins and thus different combinations inside the shell can also be envisioned.…”