Seminar Biotechnologie

Präsentation zum Thema: "Seminar Biotechnologie"—  Präsentation transkript:

1 Seminar Biotechnologie
Application of microorganisms towards synthesis of chiral terpene derivatives Renata Kuriata-Adamusiak & Daniel Strub & Stanisław Lochyński Appl. Microbiol Biotechnol (2012) Betreuer: Benjamen Stenger Ammar Abdulmughni

2 Inhalt Terpene: Struktur, Eigenschaften, Anwendungen und Biosynthese
Chemie vs. Biotechnolgoie: Taxol als Beispiel Biotransformationen der Terpene in Mirkoorganismen: - Hydroxylierung - Epoxidierung - Baeyer-Villiger-Oxidation - Reduktion von Ketonen

3 Terpene Isopren -Aromatisch riechende Substanzen - Flüchtig
-Hohe Lipophilie -Geringe Wasserlöslichkeit -Geringe Anzahl an funktionelle Gruppen

4 Anwendungen der Terpene
Phytoalexine Phytohormone Photosynthese, Zellwandsynthese Pharmazeutika: Entzündungshemmer, Vitamine Tumortherapie: Zerumbone, Taxol Reinigungsmittel : Pinene, Limonene Geschmakstoffe: Menthol Duftstoffe: Geraniol

5 Terpenbiosynthese Methylerythritol Phosphate (MEP) Mevalonatweg
In Plastiden der Pflanzen , Verschiedene Bakterien und Algen In Eukaryoten und manchen Bakterien IPP DMAPP Isopentenylpyrophosphat Dimethylallylpyrophosphat IPP DMAPP

6 Terpenbiosynthese

7 Taxane Vorkommen in der pazifischen Eibe (Taxus brevifolia)
Taxol (Paclitaxel) in Tumortherapie 2 bis 4 ausgewachsene Eiben sind nötig für eine Dosierung.

8 Taxol in der chemischen Synthese
Probleme: Über 350 Taxoide sind bekannt Sehr Komplexe Struktur: 35 bis 51 Schritte nötig Ausbeute von 0,4 % Nebenreaktionen

9 Taxol Biosynthese

10 Biotechnologische Produktion von Taxol
In E. colie mit einer Ausbeute von 1 g/L MEP Terpenoidweg

11 Selektive Biotransformation in Mikroorganismen
Hydroxylierung Epoxidierung Baeyer-Villiger Oxidation Reduktion von Ketonen

12 1. (Stereoselektive) Hydroxylierung
Oxygenasen sind Biokatalysatoren für die Hydroxylierung Molekular Sauerstoff als Oxidationsmittel Cytochromes P450 Rhizoctonia solani ist ein weit verbreiteter Bodenpilz Snow blight Krankheit (-) Menthol

13 2. Epoxidierung Oxidation der C-C Doppelbindung
Biokatalysatoren sind Oxygenase und Peroxidasen

14 2. Epoxidierung (R)-Limonene Biotransformation Parfümindustrie
Entzündungshemmend α- terpineol γ- terpinene Insektenabstoßend (R)- limonene cis-limonen oxide trans-limonen oxide

15 3. Baeyer-Villiger-Oxidation
(Baeyer- Villiger) Monooxygenase können Ketone mit hoher regio- und stereoselektivität oxidieren.

16 3. Baeyer-Villiger-Oxidation
Dihydrocarveol Biotransformation:  Regio- und enantioselektivität

17 4. Reduktion von Ketonen Alkoholdehydrogenasen (ADH)
Biotransformation von Carvon in Gongronella butleri (R)- carvon Lebensmittelindustrie (S)- carvon Kosmetikindustrie

18 Zusammenfassung Terpene sind Naturstoffe mit vielen Anwendungen
Mevalonatweg oder Methylerythritol-Phosphate-Weg (MEP) liefern die Bausteine für Terpenbiosynthese Durch Metabolic Engineering können gewünschte Biosynthesewege rekonstruiert Verschiedene Enzyme können Terpene selektiv umsetzten

19 Literatur Application of microorganisms towards synthesis of chiral terpenoid derivatives Renata; Kuriata-Adamusiak & Daniel Strub & Stanisław Lochyński Historical and Recent Achievements in the Field of Microbial Degradation of Natural and Synthetic Rubber Taxol: biosynthesis, molecular genetics, and biotechnological applications; S. Jennewein · R. Croteau, Terpenbiosynthese in Bakterien und Pflanzen; Werner Knoss , Phawnazte in unserer Zeit / 28. Jahrg. 1999 Escherichia coli Isoprenoid Pathway Optimization for Taxol Precursor Overproduction; Parayil Kumaran Ajikumar et al.; Science 330, 70 (2010); Metabolic engineering of taxadiene biosynthesis in yeast as a first step towards Taxol (Paclitaxel) production; Benedikt Engels a,1, Pia Dahmb,1, Stefan Jennewein; Metabolic Engineering 10 (2008) 201– 206

20 Vielen Dank