Kinetische und strukturelle Untersuchung der Katalysemechanismen ausgewählter Kofaktor-abhängiger Enzyme - Implikationen für die Decarboxylierung von α-Ketosäuren durch Thiamindiphosphat-abhängige Enzyme

Abstract

ThDP-abhängige Enzyme, welche α-Ketosäuren umsetzen, sehen sich mit zwei Problemen konfrontiert. Zum Einen müssen sie gleichermaßen eine effiziente Decarboxylierung des ersten kovalenten Intermediats gewährleisten (106-fache Beschleunigung). Andererseits muss das daraufhin gebildete reaktive Carbanion auf sehr spezifische Weise unter Vermeidung von Nebenreaktionen umgesetzt werden. Im Rahmen der Promotionsarbeit konnten unter Verwendung verschiedener strukturbiologischer, kinetischer und thermodynamischer Methoden Prinzipien gefunden werden, nach denen Enzyme diese Prozesse gewährleisten. Der methodische Fokus lag auf der spektroskopischen und 1H-NMR-basierten Analyse von Reaktionsintermediaten, der Benutzung von substratanalogen Verbindungen und der röntgenkristallographischen Untersuchung von verschieden gesoakten Enzym-Kristallen. Dafür wurden einerseits Enzyme untersucht, welche das gleiche Substrat decarboxylieren, in denen aber die Umsetzung des post-Decarboxylierungsintermediats variiert (LpPOX, ZmPDC). Zum Anderen wurden Enzyme verglichen, welche verschiedene Substrate decarboxylieren, die aber eine vergleichbare Umsetzung des jeweiligen Carbanion gewährleisten (ZmPDC, PpBFDC). Desweiteren konnte eine Enzymvariante identifiziert werden, welche durch die kinetische Stabilisierung des reaktiven Carbanion-Intermediats ein hohes Potential zu pharmazeutisch interessanten Carboligationsreaktionen aufweist.