Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

TU Graz-Forschende setzen Meilenstein in der Biokatalyse-Forschung

11.06.2018

TU Graz-Forschenden gelang es erstmals ein Enzym so „umzuschulen“, dass es statt seiner natürlichen Aufgabe Doppelbindungen zu reduzieren, nun ringförmige Molekülgerüste aufbaut. Die Arbeit mit Relevanz für die Produktion von Medikamenten oder Pflanzenschutzmitteln wurde in Angewandte Chemie publiziert.

Die Biokatalyse setzt Enzyme ein um chemische Reaktionen herbeizuführen. Vielfach ersetzt diese „sanfte Chemie“ dabei die Verwendung giftiger Reagenzien oder Lösungsmittel in bereits bestehenden Synthesen. Eine große Herausforderung für die Biokatalyse ist es jedoch dieses elegante Konzept auf völlig neuartige chemische Reaktionen zu übertragen, die für Enzyme aus der Natur unbekannt sind.


Kathrin Heckenbichler und Rolf Breinbauer setzen mit ihrem Team Meilenstein in der Biokatalyse-Forschung © TU Graz

© TU Graz

Ein solch neues Design gelang nun einem Forschenden-Team an der TU Graz rund um Rolf Breinbauer, Leiter des Instituts für Organische Chemie, und Kathrin Heckenbichler, die diese Forschungsarbeit im Rahmen ihrer Dissertation am Institut für Organische Chemie der TU Graz betrieb.

Breinbauer erklärt: „Es ist uns erstmals gelungen, ein Enzym so zu manipulieren, dass es statt seiner natürlichen Funktion nun eine unnatürliche, aber synthetisch noch viel interessantere Funktion erfüllt. Statt nämlich im katalytischen Prozess Doppelbindungen zu reduzieren, baut das Enzym nun Molekülgerüste in Form von kleinen Ringen auf. Durch den Austausch von nur einer Aminosäure im aktiven Zentrum des Enzyms gelang es uns, die natürliche Reaktion zu unterdrücken um einen neuen Reaktionsverlauf zu ermöglichen.“

Das Team rund um Heckenbichler und Breinbauer konnte erstmals mittels Biokatalyse sogenannte "Cyclopropane" erzeugen, das sind kleinstmögliche ringförmige organische Moleküle in der geometrischen Form eines Triangels.

Solche Ringsysteme, auch Dreiringe genannt, kommen nicht nur in vielen Biomolekülen vor, sie sind auch ein wichtiges Strukturelement in Pflanzenschutzmitteln oder Pharmazeutika wie Antibabypillen, Asthma- oder AIDS-Medikamenten. Die Arbeit wurde in der aktuellen Ausgabe von Angewandte Chemie veröffentlicht.

Die gute und die böse „Hand“ der Moleküle

Parallel gelang es den Forschenden auch, die Chiralität des erzeugten Moleküls zu beherrschen, was gerade bei der Herstellung von Medikamenten von großer Bedeutung ist. Chiralität oder auch „Händigkeit“ von Molekülen beschreibt die Tatsache, dass zwei Moleküle aus denselben Atomen, aber spiegelverkehrt aufgebaut sein können – gleich der rechten und der linken Hand. Von diesen sogenannten Enantiomeren kann eine Variante nützlich und die andere schädlich sein und es wird in der Herstellung von Medikamenten heute großer Wert darauf gelegt, nur die kurative Variante einzusetzen.

So stellt man sicher, dass Medikamente sehr spezifisch wirken und durch den „chiralen Zwilling“ keine ungewollten Nebenwirkungen entstehen. Kathrin Heckenbichler erläutert Prozess und Ergebnis der biokatalytischen Umsetzung des Substrats:

„Um eine optimale chirale Erkennung zwischen dem Enzym und Substrat zu ermöglichen, designten wir ein Substrat mit einem großen Rest. Dadurch gelang es uns, die räumlichen Bedingungen im aktiven Zentrum des Enzymes ideal auszunützen, um ein Cyclopropan in hoher Enantiomerenreinheit herzustellen.“ Den Forschenden gelang es so, von zwei möglichen chiralen Dreiringen nur das erwünschte Enantiomer herzustellen.

TU Graz als internationales Zentrum der Biokatalyse-Forschung

Im Bereich der Biokatalyse-Forschung zählt die TU Graz zur Weltspitze und stellt dies mit dem vorgelegten Forschungsergebnis erneut unter Beweis. Dem Forschenden-Team der TU Graz gelang eine bedeutsame Erweiterung des biokatalytischen Repertoires, die die Türe zu diversen Anwendungen insbesondere in der „sanften“ Produktion neuer Medikamente oder der kostengünstigen Herstellung von Generika, Duftstoffen oder Pflanzenschutzmitteln aufstößt.

Ziel der sogenannten grünen Chemie, der die Biokatalyse zuzurechnen ist, ist es, milde und umweltverträgliche Reagenzien einzusetzen, Umweltverschmutzung einzudämmen und Energie und Kosten zu sparen. Die Forschungsarbeit von Kathrin Heckenbichler wurde anfänglich vom acib – Austrian Centre of Industrial Biotechnology anschubfinanziert und vom Wissenschaftsfonds FWF unterstützt.

Im Verbund von NAWI Graz, der naturwissenschaftlichen interuniversitären Kooperation der TU Graz mit der Karl-Franzens-Universität, waren an der Forschungsarbeit zudem Peter Macheroux, Leiter des Instituts für Biochemie der TU Graz sowie Karl Gruber vom Institut für Molekulare Biowissenschaften der Uni Graz beteiligt.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.201802962

Dieses Forschungsprojekt ist im Field of Expertise „Human & Biotechnology“ verankert, einem von fünf
strategischen Schwerpunktfeldern der TU Graz. Beteiligte Forschende sind Mitglieder von NAWI Graz.

Kontakt:
Rolf BREINBAUER
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.
TU Graz | Institut für Organische Chemie
Stremayrgasse 9/4.ZG, 8010 Graz
E-Mail: breinbauer@tugraz.at

Rückfragehinweis:
Barbara Gigler, Pressesprecherin
Tel.: +43 316 873 6006
Mob: +43 664 608736006
E-Mail: barbara.gigler@tugraz.at

www.tugraz.at

Mag. Barbara Gigler | Technische Universität Graz

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Biomarker besser nachweisen: Bremer Forscher entwickeln neue Methode mit Mikrokapseln
14.08.2018 | Jacobs University Bremen gGmbH

nachricht Grönland: Tiefe des Schmelzwassereintrags beeinflusst Planktonblüte
14.08.2018 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue interaktive Software: Maschinelles Lernen macht Autodesigns aerodynamischer

Neue Software verwendet erstmals maschinelles Lernen um Strömungsfelder um interaktiv designbare 3D-Objekte zu berechnen. Methode wird auf der renommierten SIGGRAPH-Konferenz vorgestellt

Wollen Ingenieure oder Designer die aerodynamischen Eigenschaften eines neu gestalteten Autos, eines Flugzeugs oder anderer Objekte testen, lassen sie den...

Im Focus: New interactive machine learning tool makes car designs more aerodynamic

Scientists develop first tool to use machine learning methods to compute flow around interactively designable 3D objects. Tool will be presented at this year’s prestigious SIGGRAPH conference.

When engineers or designers want to test the aerodynamic properties of the newly designed shape of a car, airplane, or other object, they would normally model...

Im Focus: Der Roboter als „Tankwart“: TU Graz entwickelt robotergesteuertes Schnellladesystem für E-Fahrzeuge

Eine Weltneuheit präsentieren Forschende der TU Graz gemeinsam mit Industriepartnern: Den Prototypen eines robotergesteuerten CCS-Schnellladesystems für Elektrofahrzeuge, das erstmals auch das serielle Laden von Fahrzeugen in unterschiedlichen Parkpositionen ermöglicht.

Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden weltweit hohe Wachstumsraten prognostiziert: 2025, so die Prognosen, wird es jährlich bereits 25 Millionen...

Im Focus: Robots as 'pump attendants': TU Graz develops robot-controlled rapid charging system for e-vehicles

Researchers from TU Graz and their industry partners have unveiled a world first: the prototype of a robot-controlled, high-speed combined charging system (CCS) for electric vehicles that enables series charging of cars in various parking positions.

Global demand for electric vehicles is forecast to rise sharply: by 2025, the number of new vehicle registrations is expected to reach 25 million per year....

Im Focus: Der „TRiC” bei der Aktinfaltung

Damit Proteine ihre Aufgaben in Zellen wahrnehmen können, müssen sie richtig gefaltet sein. Molekulare Assistenten, sogenannte Chaperone, unterstützen Proteine dabei, sich in ihre funktionsfähige, dreidimensionale Struktur zu falten. Während die meisten Proteine sich bis zu einem bestimmten Grad ohne Hilfe falten können, haben Forscher am Max-Planck-Institut für Biochemie nun gezeigt, dass Aktin komplett von den Chaperonen abhängig ist. Aktin ist das am häufigsten vorkommende Protein in höher entwickelten Zellen. Das Chaperon TRiC wendet einen bislang noch nicht beschriebenen Mechanismus für die Proteinfaltung an. Die Studie wurde im Fachfachjournal Cell publiziert.

Bei Aktin handelt es sich um das am häufigsten vorkommende Protein in höher entwickelten Zellen, das bei Prozessen wie Zellstabilisation, Zellteilung und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Das Architekturmodell in Zeiten der Digitalen Transformation

14.08.2018 | Veranstaltungen

EEA-ESEM Konferenz findet an der Uni Köln statt

13.08.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung in der chemischen Industrie

09.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue interaktive Software: Maschinelles Lernen macht Autodesigns aerodynamischer

14.08.2018 | Informationstechnologie

Der ängstliche Nao - Wenn Menschen emotional auf Roboter reagieren

14.08.2018 | Gesellschaftswissenschaften

Gebirge in Bewegung

14.08.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics