Kombination einer genetisch engineerten Oxidase mit wasserstoffbrückengebundenen organischen Gerüsten (HOFs) für hocheffiziente Biokomposite

• Published in: Angewandte Chemie 2022-04, Vol.134 (16), p.n/a
• Main Authors: Wied, Peter, Carraro, Francesco, Bolivar, Juan M., Doonan, Christian J., Falcaro, Paolo, Nidetzky, Bernd
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Biokatalyse; Chemistry; Enzymes; Immobilisierung; Metallorganische Gerüstverbindungen; Oxidase; Poröse Träger; Wasserstoffbrückengebundene Organische Gerüste
• ISSN: 0044-8249; 1521-3757
• DOI: 10.1002/ange.202117345

Enzyme, die durch Bottom‐up‐Synthese in wasserstoffbrückengebundene organische Gerüstverbindungen (HOFs) eingebaut werden, sind vielversprechende Biokomposite für Anwendungen in der Katalyse und Sensorik. Hier haben wir die synthetische Einbindung einer d‐Aminosäure‐Oxidase (DAAO) in das metallfreie Tetraamidin/Tetracarboxylat‐basierte BioHOF‐1 in Wasser untersucht. N‐terminale Fusion des Enzyms mit dem positiv geladenen Bindemodul Zbasic2 steigerte die Beladung (2,5‐fach; ≈500 mgEnzym gMaterial−1) und die spezifische Aktivität (6,5‐fach; 23 U mg−1) des Biokomposites. Die DAAO@BioHOF‐1 Komposite zeigten eine höhere Aktivität als alle anderen bisher für dasselbe Enzym verwendeten Träger, und eine ausgezeichnete Stabilität während des Katalysatorrecyclings. Ausweitung des Ansatzes auf andere Enzyme, einschließlich Cytochrom P450 BM3 (das für die Herstellung hochwertiger oxyfunktionalisierter Verbindungen verwendet wird), zeigt die Vielseitigkeit von Enzymengineering als Strategie für die Herstellung biohybrider Systeme mit bisher unerreichten Eigenschaften. Es wird über die Immobilisierung von d‐Aminosäure‐Oxidase in kristallinen organischen Gerüstmaterialien bei hoher Proteinbelastung berichtet. Ein Biokomposit basierend auf einem wasserstoffbrückengebundenen organischen Gerüst (BioHOF‐1) zeigt ausgezeichneten Erhalt der Enzymaktivität. Fusion des Enzyms mit dem positiv geladenen Bindemodul Zbasic2 (Z‐DAAO) fördert die Immobilisierung in aktiver Form. Protein‐Engineering kann die Entwicklung von Enzymkompositen auf HOF Gerüstbasis erleichtern, wie an drei weiteren Beispielen industrieller Enzyme gezeigt wird.