Entwicklung enzymatischer Screeningverfahren

Abstract

Enantiomerenreine Wirkstoffe werden zunehmend wichtiger. Für deren Synthese sind hydrolytische Enzyme besonders geeignet. Insbesondere finden Lipasen und Esterasen aufgrund ihrer breiten Substratakzeptanz und ihrer Stereoselektivität in der kinetischen Racematspaltung oder der asymmetrischen Synthese breite Anwendung. Schon kleine Strukturänderungen können bewirken, dass Substrat und Enzym keine hinreichenden Wechselwirkungen mehr aufweisen (Schlüssel-Schloß-Prinzip). Das bedeutet, dass für jede Substanz, die auf diese Weise umgesetzt werden soll, erst ein geeignetes Enzym gefunden werden muss. Eine dafür gebräuchliche Methode ist die Durchführung der Hydrolyse unter pH-Stat-Bedingungen. Diese Methode ist für jene Reaktionen allerdings weniger geeignet, für die ein substratspezifisches Enzym erst gesucht werden muss. Die Gründe dafür sind vor allem die langen Reaktionszeiten und der hohe Chemikalienverbrauch. Um diesen Aufwand zu minimieren, wurde ein enzymatisches Screeningverfahren für Mikrotiterplatten entwickelt, welches das schnelle Auffinden geeigneter Enzyme für ein spezielles synthetisches Problem ermöglicht. In den letzten Jahren entwickelte Testsysteme zum Screening enzymkatalysierter enantioselektiver Reaktionen wurden für Mikrotiterplatten weiterentwickelt. Das Detektionssystem wurde verbessert und das Spektrum der untersuchbaren Substanzklassen erweitert. Prinzipiell kann sowohl die Alkoholkomponente als auch die Säurekomponente eines racemischen Esters der chirale Baustein sein. Bei beiden Methoden wurde der jeweils nicht chirale Bestandteil eines Esters zum Detektionsnachweis der abgelaufenen enzymatischen Reaktion genutzt. Über eine gekoppelte enzymatische Reaktion konnte die Reaktionskinetik der Hydrolyse verfolgt und Aussagen zur Arbeitsweise der untersuchten Enzyme getroffen werden.

Enantiomerically pure substances become increasingly more important. For their synthesis hydrolytic enzymes are usefull reagents. Especially lipases and esterases are broad applicable due to their substrate specifity and their stereoselectiviy in the kinetic resolution of racemates or for asymmetric syntheses. Even small structural changes inhibit sufficient interactions between the substrate the enzyme (lock-and-key theory). In consequence, for each new substance, it is necessary to find a suitable enzyme for conversion. Usually, in for a classical approach, the chemoenzymatic hydrolysis is performed under pH-stat conditions. However, a direct application of this method to any problem is not possible at all, since for each individual substrate a substrate-specific enzyme has to be found. Thus, long reaction times and large amounts of substances result from this methodology. In order to minimize these expenditures, an enzymatic screening assay for microplates was developed. This highthroughput screening system (HTS) reduces not only the necessary time for finding suitable enzymes for a special synthetic problem but also the cost for eah individual assay. Recently developed test systems for the screening of enzyme-catalyzed enantioselective reactions were altered for their use in microplates. The corresponding detection systems were improved and the spectrum of the examinable substance classes was extended. In principle, both the alcohol part and the acid part of a racemic ester can be the chirale component. With these two methods the achirale component of the ester was used for the detection of the enzymatic reaction. Using a coupled enzymatic reaction the kinetics of the hydrolysis could be pursued and statements on the function of the examined enzymes could be made.