Dokument: Untersuchungen zum Inaktivierungsmechanismus von mikrobiellen Lipasen in wasserfreien Transesterifizierungen
| Titel: | Untersuchungen zum Inaktivierungsmechanismus von mikrobiellen Lipasen in wasserfreien Transesterifizierungen | |||||||
| Weiterer Titel: | Investigations on the inactivation mechanism of microbial lipases in non-aqueous transesterifications | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=10181 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20090126-093015-4 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Dipl.-Biol. Franken, Benjamin [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | PD Dr. Pohl, Martina [Gutachter] Prof. Dr. Jaeger, Karl-Erich [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Enzyme, Lipasen, Acetaldehyd, Inaktivierung | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Lipasen (Triacylglycerolhydrolasen, EC 3.1.1.3) gehören zu der Strukturfamilie der α/β-Hydrolasen und hydrolysieren in wässrigen Lösungen Triglyceride in Glycerin und Fettsäuren. Aufgrund der (1) verhältnismäßig einfachen Produktion, (2) Cofaktorunabhängigkeit, (3) breiten Substratspektren, (4) hohen Enantioselektivität und (5) hohen Stabilität in nicht-wässrigen Lösungsmitteln (z.B. organische Lösungsmittel, überkritisches CO2, ionische Flüssigkeiten) sind Lipasen die mit Abstand am häufigsten verwendeten Enzymen in der organische Synthesechemie. Unter wasserfreien Bedingungen katalysieren Lipasen Estersynthesen durch Esterifizierungs-, Interesterifizierungs- und Transesterifizierung-reaktionen.
Da Lipase-katalysierte Transesterifizierungen unter Verwendung konventioneller Ester und Alkohole jedoch reversible Reaktionen darstellen und somit keine hohen Produktausbeuten erreicht werden können, werden zu diesem Zweck Enolester (Isopropenylester oder Vinylester) als Substrate eingesetzt. Nach der Spaltung tautomerisiert das Enol zu einer Carbonylverbindung (Aceton oder Acetaldehyd), die ihrerseits nicht mehr als Substrat für die Rückreaktion dienen kann und somit eine irreversible Reaktionsführung mit hohen Produktausbeuten ermöglicht. Trotz dieser Vorteile ist es bekannt, dass Aldehyde als alkylierende Reagenzien Schiffbasen mit Lysin ε-Aminogruppen und dem N-Terminus bilden und somit strukturelle Veränderungen induzieren zu können. Diese Fähigkeit zur Schiffbasenbildung wird als Hauptursache für die Inaktivierung mikrobieller Lipasen durch Acetaldehyd angesehen. Da jedoch Schiffbasen zum einen sehr instabile Verbindungen sind und zum anderen keine direkte Korrelation zwischen Schiffbasenbildung und Lipaseinaktivierung nachgewiesen wurde ist bis heute fraglich, ob die Acetaldehyd-induzierte Inaktivierung mikrobieller Lipasen wirklich durch die Bildung von Schiffbasen hervorgerufen wird. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte detaillierte Untersuchung des Acetaldehyd-induzierten Inaktivierungsmechanismus mikrobieller Lipasen ergab, dass (1) die Stabilität gegenüber Acetaldehyd durch den Protonierungszustand der Lipase gesteuert werden kann, (2) Acetaldehyd durch Basen- bzw. Aminosäuren-katalysierte Aldolkondensation α,β-ungesättigte Aldehyde bildet und (3) diese ungesättigten Aldehyde als nicht-kompetitive Inhibitoren durch stabile Michael-Addukt-Bildung am Enzym zur Inaktivierung der Lipasen führt.Lipases (triacylglycerol hydrolases, EC 3.1.1.3) belong to the α/β-hydrolase family and catalyze the hydrolysis of triglycerides to the corresponding glycerol and fatty acids. Furthermore, lipases are the most frequently used biocatalysts in organic chemistry due to the following reasons: (1) ready availability and low cost production; (2) no requirement of cofactors; (3) broad substrate specificity; (4) high enantioselectivity; and (5) high stability in non-aqueous media such as ionic liquids, supercritical fluids, and organic solvents. Under non-aqueous reaction conditions lipases catalyze the synthesis of esters by esterification, inter¬esterification, and transester¬ification. Lipase catalyzed ester formations starting from alcohols and esters as substrates (transesterifications) are equilibrium reactions that have to be shifted toward the product site in order to guarantee high conversion. Therefore, several activated esters (e.g. enol esters or ethoxyvinyl esters) have been tested as substrates, with enol esters such as isopropenyl acetate or vinyl acetate being the most useful acyl donors. After cleavage the enol tautomerizes to a carbonyl compound (acetaldehyde or acetone), which cannot serve as a substrate for the back reaction, rendering this system fast and irreversible and also facilitating downstream processing, due to the volatility of the carbonyl compound. Despite of these advantages, aldehydes are generally known to act as alkylating reagents on enzymes by forming Schiff-bases in a Maillard-type reaction, in particular with lysine ε-amino groups. Nevertheless, due to the low stability of Schiff-bases and the lacking proof that Schiff-base formation and inactivation of the lipase are directly correlated, it is questionable if Schiff-base formation directly induces the inactivation of the enzyme. The detailed analysis of the acetaldehyde-induced inactivation mechanism showed, that (1) the stability of the lipases toward acetaldehyde can be controlled by the protonation state of the enzyme, (2) acetaldehyde can form α,β-unaturated aldehydes by base- and/or amino acid-catalyzed aldol condensation, and (3) these aldehyde can act as non-competitive inhibitors by forming stable Michael-adducts with the enzyme. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Enzymtechnologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 26.01.2009 | |||||||
| Dateien geändert am: | 20.01.2009 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 18.09.2008 | |||||||
| Datum der Promotion: | 18.11.2008 |
