Application of microorganisms towards synthesis of chiral terpene derivatives Renata Kuriata-Adamusiak & Daniel Strub & Stanisław Lochyński Appl. Microbiol Biotechnol (2012) Seminar Biotechnologie Ammar Abdulmughni Betreuer: Benjamen Stenger
Application of microorganisms towards synthesis of chiral terpene derivatives Renata Kuriata-Adamusiak & Daniel Strub & Stanisław Lochyński Appl. Microbiol Biotechnol (2012)
Seminar Biotechnologie
Ammar Abdulmughni
Betreuer: Benjamen Stenger
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Inhalt
Terpene: Struktur, Eigenschaften, Anwendungen und Biosynthese
Chemie vs. Biotechnolgoie: Taxol als Beispiel
Biotransformationen der Terpene in Mirkoorganismen:
- Hydroxylierung - Epoxidierung - Baeyer-Villiger-Oxidation - Reduktion von Ketonen
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Terpene
Isopren
-Aromatisch riechende Substanzen- Flüchtig-Hohe Lipophilie-Geringe Wasserlöslichkeit-Geringe Anzahl an funktionelle Gruppen
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Anwendungen der Terpene
Phytoalexine
Phytohormone
Photosynthese, Zellwandsynthese
Pharmazeutika: Entzündungshemmer, Vitamine
Tumortherapie: Zerumbone, Taxol
Reinigungsmittel : Pinene, Limonene
Geschmakstoffe: Menthol
Duftstoffe: Geraniol
Terpenbiosynthese
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Mevalonatweg Methylerythritol Phosphate (MEP)
IPP DMAPP
IPP DMAPP
In Plastiden der Pflanzen , Verschiedene Bakterien und Algen
In Eukaryoten und manchen Bakterien
Isopentenylpyrophosphat Dimethylallylpyrophosphat
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Terpenbiosynthese
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Taxane
Vorkommen in der pazifischen Eibe (Taxus brevifolia)
Taxol (Paclitaxel) in Tumortherapie
2 bis 4 ausgewachsene Eiben sind nötig für eine Dosierung.
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Taxol in der chemischen Synthese
Probleme:
Über 350 Taxoide sind bekannt Sehr Komplexe Struktur: 35 bis 51 Schritte nötig Ausbeute von 0,4 %
Nebenreaktionen
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Taxol Biosynthese
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Biotechnologische Produktion von Taxol
In E. colie mit einer Ausbeute von 1 g/L
MEP Terpenoidweg
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Selektive Biotransformation in Mikroorganismen
Hydroxylierung
Epoxidierung
Baeyer-Villiger Oxidation
Reduktion von Ketonen
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1. (Stereoselektive) Hydroxylierung
Oxygenasen sind Biokatalysatoren für die Hydroxylierung Molekular Sauerstoff als Oxidationsmittel Cytochromes P450
Rhizoctonia solani ist ein weit verbreiteter Bodenpilz
(-) Menthol
Snow blight Krankheit
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2. Epoxidierung
Oxidation der C-C Doppelbindung
Biokatalysatoren sind Oxygenase und Peroxidasen
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2. Epoxidierung
(R)-Limonene Biotransformation
(R)- limonene
α- terpineol γ- terpinene
cis-limonen oxide trans-limonen oxide
Parfümindustrie
Entzündungshemmend
Insektenabstoßend
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3. Baeyer-Villiger-Oxidation
(Baeyer- Villiger) Monooxygenase können Ketone mit hoher regio- und stereoselektivität oxidieren.
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3. Baeyer-Villiger-Oxidation
Dihydrocarveol Biotransformation: Regio- und enantioselektivität
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4. Reduktion von Ketonen
Alkoholdehydrogenasen (ADH)
Biotransformation von Carvon in Gongronella butleri
(R)- carvon
(S)- carvon
Lebensmittelindustrie
Kosmetikindustrie
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Zusammenfassung
Terpene sind Naturstoffe mit vielen Anwendungen
Mevalonatweg oder Methylerythritol-Phosphate-Weg (MEP) liefern die Bausteine für Terpenbiosynthese
Durch Metabolic Engineering können gewünschte Biosynthesewege rekonstruiert
Verschiedene Enzyme können Terpene selektiv umsetzten
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Literatur
Application of microorganisms towards synthesis of chiral terpenoid derivatives Renata; Kuriata-Adamusiak & Daniel Strub & Stanisław Lochyński
Historical and Recent Achievements in the Field of Microbial Degradation of Natural and Synthetic Rubber
Taxol: biosynthesis, molecular genetics, and biotechnological applications; S. Jennewein · R. Croteau,
Terpenbiosynthese in Bakterien und Pflanzen; Werner Knoss , Phawnazte in unserer Zeit / 28. Jahrg. 1999
Escherichia coli Isoprenoid Pathway Optimization for Taxol Precursor Overproduction; Parayil Kumaran Ajikumar et al.; Science 330, 70 (2010);
Metabolic engineering of taxadiene biosynthesis in yeast as a first step towards Taxol (Paclitaxel) production; Benedikt Engels a,1, Pia Dahmb,1, Stefan Jennewein; Metabolic Engineering 10 (2008) 201– 206
Vielen Dank