Umwandlung einer Chorismatmutase in eine Isochorismat-Pyruvat-Lyase durch Kombination von rationalem Protein-Design und gerichteter Evolution - Erforschung der natürlichen Entstehung moderner hochselektiver Biokatalysatoren

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Enzyme, die definierte chemische Reaktionen selektiv katalysieren, stellen sehr nützliche Werkzeuge in der organischen Chemie dar. Das maßgeschneiderte Design solcher Biokatalysatoren für spezifische Anwendungen stellt jedoch noch immer eine gewaltige Herausforderung dar. Das vorliegende Projekt ist Teil eines Forschungsvorhabens, dessen Ziel es ist, den grundlegenden Zusammenhang zwischen Faltung und Funktionsweise von Enzymen aufzuklären, um Biokatalysatoren in Ihrer Struktur und Komplexität vereinfachen zu können und somit dem möglichen Design maßgeschneiderter Enzyme näher zu kommen. Ausgehend von zwei designten Varianten eines thermostabilen Enzyms, die Eigenschaften primordialer Biokatalysatoren aufweisen, soll durch Kombination von rationalem Design und gerichteter Evolution eine Chorismatmutase in eine Isochorismat-Pyruvat-Lyase umgewandelt werden. Dazu sollen, auf Computer-gestütztem Design basierend, Aminosäure-Positionen im aktiven Zentrum des Enzyms und dessen unmittelbarer Umgebung variiert werden. Isolierte Isochorismat-Pyruvat-Lyasen sollen hinsichtlich ihrer katalytischen Aktivität und Protein-Struktur charakterisiert werden. Das Vorhaben stellt einen natürlichen evolutiven Prozess im Labor nach, da angenommen wird, dass sich native Vertreter der Isochorismat-Pyruvat-Lyasen aus einer Familie der Chorismatmutasen entwickelt haben, und liefert somit einen Beitrag zum Verständnis der Entwicklung nativer Biokatalysatoren sowie der Beziehung zwischen Protein-Struktur und Enzym-Aktivität.