Artifizielle Lichtsammelkomplexe ermöglichen Rieske‐Oxygenase‐ katalysierte Hydroxylierungen in nicht‐photosynthetischen Zellen

• Published in: Angewandte Chemie 2020-03, Vol.132 (10), p.4010-4016
• Main Authors: Feyza Özgen, F., Runda, Michael E., Burek, Bastien O., Wied, Peter, Bloh, Jonathan Z., Kourist, Robert, Schmidt, Sandy
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Biokatalyse; Chassis; Chemistry; E coli; Enzymes; Ethylenediaminetetraacetic acids; Mopping; NAD; Oxyfunktionalisierung; Oxygenase; Photoinduzierter Elektronentransfer; Photokatalyse; Rieske-Dioxygenasen
• ISSN: 0044-8249; 1521-3757
• DOI: 10.1002/ange.201914519

In dieser Studie wurde ein auf E. coli basierendes Ganzzellsystem über Lichtsammelkomplexe an Rieske‐Oxygenasen(RO)‐katalysierte Hydroxylierungen in vivo angekoppelt. Obwohl diese Enzyme vielversprechende Biokatalysatoren darstellen, wird ihre praktische Anwendbarkeit durch ihre Abhängigkeit von NAD(P)H sowie ihre Mehrkomponentennatur und intrinsische Instabilität in zellfreien Systemen beeinträchtigt. Um die Grenzen von E. coli als Chassis für künstliche Photosynthese zu erforschen, sowie aufgrund der berichteten Instabilität von ROs, haben wir diese herausfordernden Enzyme als Modellsystem verwendet. Der Licht‐getriebene Ansatz beruht auf Lichtsammelkomplexen wie beispielsweise Eosin Y, 5(6)‐Carboxyeosin oder Rose Bengal und Elektronendonoren (EDTA, MOPS oder MES), die von den Zellen leicht aufgenommen werden können. Die erzielten Produktbildungen von bis zu 1.3 g L−1 und Raten von bis zu 1.6 mm h−1 zeigen, dass dies ein vergleichbarer Ansatz zu typischen Ganzzelltransformationen in E. coli ist. Die Anwendbarkeit dieser photokatalytischen Synthese wurde demonstriert und ist das erste Beispiel eines photoinduzierten RO‐Systems. Beleuchte mich! Die Photoaktivierung von Rieske‐Dioxygenasen in Abwesenheit von Glucose oder irgendeinem Cofaktor wurde erfolgreich unter Verwendung mehrerer Photosensibilisatoren für die Umsetzung von drei verschiedenen Substraten gezeigt und ist somit das erste Beispiel eines photoinduzierten Rieske‐Systems.