Erweiterte Cosubstrat-Biochemie: Enzymatische Synthese und Rezyklierung von SAM-Analoga für hochselektive Alkylierungschemie

Stipendiatin/Stipendiat: Kai Hannes Schülke

Die selektive Alkylierung von Kleinmolekülen, Peptiden und Proteinen ist eine große Herausforderung in der Katalysatorforschung. Aktuelle Synthesemethoden ermöglichen Selektivität häufig nur unter Verwendung von Schutzgruppenchemie, ein Konzept, dass bei Peptiden und Proteinen häufig nur schwer umzusetzen ist. Eine Katalysator-kontrollierte Alkylierungsmethode könnte viele wichtige Moleküle effizienter darstellen und auch Zugang zu ganz neuen Molekülen erlauben. Katalysatoren für selektive Alkylierungsreaktionen sind jedoch bisher kaum zugänglich, auch weil es schwierig ist, mit einem chemischen Katalysator funktionelle Gruppen mit vergleichbarer Reaktivität zu unterscheiden.

Enzyme bieten die Möglichkeit Substrate optimal zu positionieren, wodurch sehr selektive und effiziente katalytische Prozesse realisierbar sind. So werden zum Beispiel in der Natur hochselektive Methylierungsreaktionen durchgeführt, eine Untergruppe von Alkylierungs-reaktionen, bei der eine Methylgruppe auf ein Zielmolekül übertragen wird.1,2 Für diese Methylierungsreaktionen werden in der Natur Enzyme aus der Klasse der S-Adenosylmethionin (SAM) abhängigen Methyltransferasen (MT) eingesetzt. Hierfür verwenden MTs das Cosubstrat SAM, welches als Methyl-Quelle fungiert und anschließend in der Zelle rezykliert wird. Wenn uns gelingt, Analoga von SAM enzymatisch herzustellen und zu rezyklieren, können dadurch potentiell Katalysatoren für eine Vielzahl von sehr wichtigen Alkylierungsreaktionen entwickelt werden. Diese SAM Analoga können dann verwendet werden, um anstatt einer Methylgruppe beliebige Alkyl- und auch andere funktionalisierte Gruppen hochselektiv auf Kleinmoleküle, Peptide und Proteine zu übertragen. Konzeptionell befasst sich meine Arbeit mit der Erweiterung von neuen Cosubstraten in der Biochemie. Somit lassen sich nicht nur neue Katalysatoren für die organische Synthese entwickeln, sondern auch völlig neue Stoffwechselwege in vivo erreichen.

Diese Methode hat das Potential bestehende nicht selektive Synthesemethoden durch umweltfreundlichere, hochselektive, biokatalytische Verfahren zu ersetzen. Grundlage hierfür ist die Biochemie von SAM, welche ich über Methylgruppen hinaus auf den Transfer von anderen Gruppen erweitern möchte. Hierfür entwickle ich ein enzymatisches System, um SAM-Analoga einfach herzustellen und zu rezyklieren. Um das Potential der Methode aufzuzeigen, adressiere ich in nachfolgenden Anwendungsstudien aktuelle Herausforderungen in der Katalysatorentwicklung.

Förderzeitraum:
01.01.2021 - 31.12.2023

Institut:
Universität Bielefeld
Fakultät für Chemie
Organische Chemie und Biokatalyse

Betreuer:
Dr. Stephan Hammer

E-Mail: E-Mail schreiben

URL: https://www.uni-bielefeld.de/fakultaeten/chemie/ag/oc4-hammer/