Biokatalitička svojstva halogenhidrin-dehalogenaza skupine B u reakcijama nukleofilnog otvaranja epoksida

doktorski rad

• Naslov (engleski): Biocatalytic properties of group B halohydrin dehalogenases in nucleophilic ring-opening reactions of epoxides
• Autor: Emina Mehić
• Mentor: Maja Majerić-Elenkov (mentor)
• Mentor: Zvjezdana Findrik Blažević (mentor)
• Član povjerenstva: Martina Sudar (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Silvana Raić-Malić (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Srećko Kirin (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije; Zagreb
• Datum i država obrane: 2023-02-24, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: PRIRODNE ZNANOSTI; Kemija; Organska kemija
• Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC): 54 - Kemija. Kristalografija. Mineralogija

Sažetak

Halogenhidrin-dehalogenaze (HHDH) su enzimi koji imaju sposobnost uvođenja novih funkcionalnih skupina u molekulu, kataliziranjem reakcije otvaranja epoksida s različitim nukleofilima. Aktivno mjesto enzima može primiti više različitih neprirodnih nukleofila poput azida, cijanida i nitrita, zbog čega su enzimi privukli pažnju sintetske organske kemije. Njihova enantioselektivnost ovisi o strukturi supstrata, te često nije dovoljno visoka za sintetsku primjenu. Enzim HheB2 iz grupe B u prethodnim istraživanjima testiran je na relativno malom broju supstrata gdje je pokazao nisku enantioselektivnost, te je dugi niz godina ostao zanemaren u biokatalitičkim istraživanjima. U okviru ovog rada provedeno je opsežno ispitivanje dva divlja tipa HHDH iz skupine B: HheB iz Croynebacterium sp. soj N-1074 i HheB2 iz Mycobacterium sp. soj GP1 na nizu supstrata i nukleofila. Otkriveno je nekoliko visoko enantioselektivnih reakcija (E > 200), gdje je HheB pokazao bolju enantioselektivnost i aktivnost prema većem broju strukturno različitih supstrata u usporedbi s HheB2. Ova dva enzima dijele visoku homologiju sekvence i razlikuju se u samo četiri aminokiseline (F36I, T120A, C124Y, H125Q). Ispitivanjem mutanata HheB2 s modificiranim pojedinačnim aminokiselinama utvrđene su aminokiseline ključne za veću enantioselektivnost HheB u odnosu na HheB2. Eksperimentalni rezultati potvrđeni su i dodatno pojašnjeni računalnim analizama. Zbog izuzetne selektivnosti i aktivnosti B grupa HHDH nameće se kao odličan katalizator za sintezu velikih tercijarnih alkohola. Ispitivanjem različitih nukleofila prikazana je mogućnost sinteze enantiomerno čistih azido-alkohola i oksazolidinona, a kinetičkim mjerenjima određen je stupanj inhibicije enzima prihvaćenim nukleofilma.

Sažetak (engleski)

Halohydrin dehalogenases (HHDH) have the ability to introduce new functionalities into the molecule through the ring-opening reactions of epoxides with different nucleophiles. These enzymes draw the attention of synthetic chemistry due to their ability to accept unnatural nucleophiles such as azide, cyanide and nitrite ions. The enantioselectivity of HHDHs is substrate-dependent and not always sufficient for synthetic applications. HheB2 from B group of HHDHs has been neglected in the biocatalytic research due to the low enantioselectivity observed on a relatively small number of tested substrates. In this work, extensive screening of substrates and nucleophiles was carried out on two B wild-type HHDHs: HheB2 from Mycobacterium sp. GP1 and HheB from Corynebacterium sp. N-1074. Several highly enantioselective reactions were discovered (E > 200), with HheB showing higher enantioselectivity and activity towards larger panel of substrates compared to HheB2. These two enzymes share high sequence homology and differ by only four amino acids (F36I, T120A, C124Y, H125Q). HheB2 mutants with individual amino acids replacement are examined to determine key residues. Experimental results were confirmed and further clarified by computer analysis. Due to remarkable activity and enantioselectivity, B-group HHDHs emerged as a catalyst of choice for the synthesis of bulky tertiary alcohols. Nucleophile screening showed possibility for the synthesis of enantiomerically pure azido alcohols and oxazolidinones. Kinetic measurements were used to determine enzyme inhibition by accepted nucleophiles.

• Ključne riječi: biokataliza; enantioselektivnost; epoksidi; HHDH; kinetička mjerenja; kinetička rezolucija; nukleofili
• Ključne riječi (engleski): biocatalysis; enantioselectivity; epoxides; HHDH; kinetic measurements; kinetic resolution; nucleophiles
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:333636
• Datum promocije: 2023
• Projekt: Šifra: KK.01.1.1.04.0013; Naziv: Inovativna rješenja u katalitičkim proizvodnim procesima za potrebe farmaceutske industrije; Naziv: Innovative solutions in catalytic processes in the pharmaceutical industry; Kratica: CAT PHARMA; Voditelj: Srećko Kirin; Pravna nadležnost: eu; Financijer: EC; Linija financiranja: EFRR
• Studijski program: Naziv: Kemijsko inženjerstvo i primijenjena kemija; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: doktorski studij; Akademski / stručni naziv: doktor/doktorica znanosti u području prirodnih znanosti (dr. sc. natur.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Opseg: 110 str. ; 30 cm
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2023-03-21 13:49:35