Biocatalytic Baeyer-Villiger oxidations PhD Thesis. Adél Muskotál. Dr. Ferenc Vonderviszt

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Biocatalytic Baeyer-Villiger oxidations PhD Thesis. Adél Muskotál. Dr. Ferenc Vonderviszt"

Dezső Bognár
6 évvel ezelőtt
Látták:

1 Biocatalytic Baeyer-Villiger oxidations PhD Thesis Written by: Adél Muskotál Environmental Sciences Doctoral School Supervisor: Dr. Ferenc Vonderviszt professor University of Pannonia Faculty of Information Technology Department of Nanotechnology 2008.

2 Introduction Nowadays, biocatalytic procedures come into the limelight progressively in both laboratory and industrial scale beside traditional chemical methods due to the importance of environmental protection. The systems suitable for biocatalyst and biotransformation such as enzymes and microorganisms possess numerous advantages. A lot of chemical reactions have enzymatic version, thus, biocatalysts can be widely used whose selectivity and efficiency would be preferable in the synthetic chemistry. The enzymes are chiral catalysts, hence toxic or environmental damaging by-products can also be avoided using them. Chiral lactones that are valuable precursors of enantioselective synthesis can be formulated by Baeyer-Villiger oxidation in an environmental friendly way. This method enables the breaking of carbon-carbon bond in an oxygen-insertion process. Monoxygenase enzymes obtained from bacteria can catalyse the Baeyer-Villiger oxidation. The Baeyer- Villiger oxidation of carbo- and heterobicyclic ketones could produce promising intermediers of suitable optical purity for drug synthesis, but their direct biotransformation does not take place with suitable conversion. The primary aim of this study was to develop a ring opening metathesis for β-cis bicyclic systems containing heteroatom, and to investigate the Baeyer-Villiger oxidation of prepared ketones with Escherichia coli cells. Further goals were to purify the symmetric substituted heterocyclic lactones forming during the biotransformations, and to characterize the enantiomer purity of pure products. Using gene engineering my goal was to form fusion construct of monooxygenase enzymes by means of flagellin protein, including polimerization ability, which is the main unit of bacterial filaments. These genetically modified bacteria might be capable to work as microbial biocatalysts and to be applied directly at bioconversions. 2

3 Major results 1. A simple and efficient method was developed to prepare β-cis bicyclic systems containing also heteroatoms. In this two-step process (cyclization and debromination) the bicyclic octanones were prepared with appropriate yield without any complicated work-up and this method is scalable to gram-quantities. 2. A ring opening reaction was developed for the bicyclic systems prepared by using gaseous olefinic reaction partners. Difunctionalized cyclohexanones and perhydropyranones were synthesized by this reaction. 3. It was established that the perhydropyran-type ketones prepared are suitable for the investigation of whole-cell biotransformations. A protokol was worked out for the purification of lactones formed. Almost in all of the cases among the monooxigenases derived from the seven bacterium species used the CHMO Acineto enzyme catalyzed the formation of lactones with the best yield and excellent optical purity. The CHMO BreviI enzyme transformed the divinyl substrate with best yield and appropriate enantiomer purity. 4. The (2S,7R) absolute configuration was determined for the pure products of disubstituted dioxepanon enantiomer. 5. The hypothesis, that is the Baeyer-Villiger monooxigenases can be divided into the following two groups on the basis of catalyzed reactions, was confirmed by my biotransformations: CHMO group: CHMO Acineto, CHMO RhodoI, CHMO RhodoII, CHMO Acido, CHMO Arthro CPMO group: CPMO Coma és CHMO BreviII It was confirmed that the CHMO BreviI enzyme could not be classified into either of the groups, however, it was an extreme transition between the different biocatalytic forms. 3

4 6. I planned and achieved the flagellin-chmo Acineto and the flagellin-cpmo Coma DNA constructions for the sake of the simplicity of biotechnological processes which were based on the D3 deletion plasmid synthesized by genetic engineering. 7. It was established in the investigations of D3 deletion flagellin protein that the removing of the D3 domain did not influence significantly the swimming capability of bacteria and the stability of filaments. The Salmonella bacteria produced the same amount of mutant flagellin as that of the wild one. The melting point of filaments was lower only by 2 ºC than that of the wild protein. D3 deletion filament remained stable against proteases for a long time. For further development of this system, the filaments built from mutant flagellins give suitable basis for creating nanostructures having enzyme activity and polimerization ability. 4

5 Publications 1) Z. Gugolya, A. Muskotál, A. Sebestyén, Z. Diószeghy, F. Vonderviszt: Interaction of the disordered terminal regions of flagellin upon filament formation. FEBS Letters 535 (2003) ) M. D. Mihovilovic, B. Grötzl, W. Kandioller, R. Snajdrova, A. Muskotál, D. A. Bianchi, P. Stanetty: Facile Synthesis and Ring-Opening Cross Metathesis of Carboand Heterocyclic Bicyclo[3.2.1]oct-6-en-3-ones Using Gaseous Olefinic Reaction Partners. Adv. Synth. Catal. 348 (2006) ) A. Muskotál, R. Király, A. Sebestyén, Z. Gugolya, B. M. Végh, F. Vonderviszt: Interaction of FliS flagellar chaperone with flagellin. FEBS Letters 580 (2006) ) M. D. Mihovilovic, B. Grötzl, W. Kandioller, A. Muskotál, R. Snajdrova, F. Rudroff, H.Spreitzer: Recombinant Whole-Cell Mediated Baeyer-Villiger Oxidation of Perhydropyran-Type Ketones, Chem. Biodiv. 5, (2008) ) Sebestyén, A. Muskotál, B. M. Végh, F. Vonderviszt: The Hypervariable D3 Domain of Salmonella Flagellin is An Autonomous Folding Unit, Protein and Peptide Letters, 15, (2008) ) P. Kozma, N. Nagy, S. Kurunczi, P. Petrik, A. Hámori, A. Muskotál, F. Vonderviszt, M. Fried, I. Bársony: Ellipsometric characterization of flagellin films for biosensor applications, Physica Status Solidi C, 5, (2008) ) T. Feczkó, A. Muskotál, L. Gál, J. Szépvölgyi, A. Sebestyén, F. Vonderviszt: Synthesis of Ni-Zn ferrite nanoparticles in radiofrequency thermal plasma reactor and their use for purification of histidine-tagged proteins, J. anopart. Res., közlésre elfogadva. 5

6 Presentations 1) Muskotál A.: A flagellinmolekula rendezetlen terminális régióinak szerepe az alegységek kölcsönhatásaiban Veszprémi Egyetem Tudományos Diákköri konferenciája, előadás, 2. helyezés a Kémiai és Vegyipari szekcióban, Veszprém, november 21. 2) Muskotál A.: A flagellinmolekula rendezetlen terminális régióinak szerepe az alegységek kölcsönhatásaiban VIII. Országos Felsőoktatási Környezettudományi Diákkonferencia, előadás, különdíj a környezeti kémia szekcióban, Veszprém, március ) Vonderviszt F., Muskotál, A., Sebestyén, A., Gugolya, Z., Diószeghy, Z.: Interaction of the disordered terminal regions of flagellin upon filament formation, poszter, XIV. International Biophysics Congress, Buenos Aires, Argentina, április 27 - május 1. 4) Muskotál, A., Sebestyén A., Vonderviszt F: A flagellinmolekula rendezetlen terminális régióinak szerepe az alegységek kölcsönhatásaiban, előadás Magyar Biofizikai Társaság Szekcióülés, Szeged, április 12. 5) Muskotál, A.: A flagellinmolekula rendezetlen terminális régióinak szerepe az alegységek kölcsönhatásaiban XXVI. Országos Tudományos Diákköri Konferencia, előadás, 2. helyezés a Kémiai és Vegyipari szekcióban, április ) Muskotál, A., Sebestyén, A., Gugolya, Z., Diószeghy, Z., Vonderviszt, F.: A flagellinmolekula rendezetlen terminális régióinak szerepe az alegységek kölcsönhatásaiban, poszter, A Magyar Biokémiai Egyesület Molekuláris Biológiai Szakosztálya Munkaértekezlete; Keszthely, május ) Muskotál A., Király R., Sebestyén A., Végh B., Vonderviszt F: A flagellin-specifikus FliS chaperone jellemzése, poszter, A Magyar Biokémiai Egyesület Molekuláris Biológiai Szakosztálya Munkaértekezlete; Tihany, május ) Muskotál A., Király R., Sebestyén A., Végh B., Vonderviszt F.: A flagellin-specifikus FliS dajkafehérje szerepe a flagellin exportjában, poszter, Az MBFT XXI. Kongresszusa, Szeged, aug

7 9) Muskotál, A., Sebestyén, A., Gugolya, Z., Diószeghy, Z., Vonderviszt, F.: Interaction of the disordered terminal regions of flagellin upon filament formation, előadás, Keihanna International Conference on Molecular Biophysics,; Kyoto, Japan, szeptember ) Sebestyén A. Gugolya Z. Jakab G. Muskotál A. Diószeghy Z. Závodszky P. Vonderviszt F.: A flagellum-specifikus exportrendszer FliH komponense foszfolipáz aktivitással rendelkező multi-cink fehérje, poszter, MBFT XXII. Kongresszusa, Debrecen, június ) Muskotál, A., Király, R., Sebestyén, A., Végh, B. M., Gugolya, Z. and Vonderviszt, F.: Characterization of Salmonella FliS flagellar chaperone binding to flagellin, poszter, 30th FEBS Congress and 9th IUBMB Conference, Budapest, július ) Muskotál A.: Ezociklusos ketonok szintézise és mikrobiális Baeyer-Villiger oxidációja, előadás, Műszaki Kémiai Napok, Veszprém, április ) Sebestyén A, Muskotál A, Szekrényes Á, Gyimesi G, Kurunczi S és Vonderviszt F: Nehézfém-kötő flagellin alapú receptorok, poszter, Nanobiológia Miniszimpózium, Pécs, a legjobb poszter díja, november 9. 14) Sebestyén A, Muskotál A, Szekrényes Á, Gyimesi G, Kurunczi S és Vonderviszt F: Nehézfém-kötő flagellin alapú receptorok, poszter, Műszaki Kémiai Napok, Veszprém, április ) Sebestyén A., Muskotál A., Szekrényes Á., Gyimesi G., Vonderviszt F., Bársony I.: Ni- and As-binding flagellin-based receptors, poszter, EMRS Spring Meeting 2007, Strasbourg, France, május 28- június 1. 16) aug A. Muskotál, L. Gál, T. Feczkó, J. Szépvölgyi, F. Vonderviszt: Application of magnetic particles synthesized by thermal plasma for protein purification, poszter, Regional Biophysics Conference, Balatonfüred 7

Hasonló dokumentumok

Biokatalitikus Baeyer-Villiger oxidációk Doktori (PhD) értekezés tézisei. Muskotál Adél. Dr. Vonderviszt Ferenc

Biokatalitikus Baeyer-Villiger oxidációk Doktori (PhD) értekezés tézisei Készítette: Muskotál Adél Környezettudományok Doktori Iskola Témavezető: Dr. Vonderviszt Ferenc egyetemi tanár Pannon Egyetem Műszaki