Promotie M.E. (Michael) Runda

Rieske oxygenases outside a nutshell

Rieske oxygenases (RO's) 

Enzym-gekatalyseerde oxyfunctionalisatiereacties zijn van groot belang in de synthetische chemie vanwege hun potentieel voor het creëren van milieuvriendelijke en duurzame processen. Oxygenases zijn enzymen die moleculaire zuurstof (O2) kunnen incorporeren in organische substraten met een hoge regio- en stereoselectiviteit. Op die manier kunnen nieuwe functionaliteiten worden ingebouwd in anders relatief inerte organische moleculen, wat producten met toegevoegde waarde (synthons) voor synthetische routes oplevert. 

Dit proefschrift van Michael Runda geeft een overzicht van de klasse van Rieske oxygenases (ROs). Naast een literatuuroverzicht van ferredoxine-afhankelijke enzymen met een focus op ROs, bevat het proefschrift werk aan de drie-componenten RO cumene dioxygenase (CDO) van Pseudomonas fluorescens IP01. In de natuur katalyseert CDO de eerste stap in de microbiële biologische afbraak van aromatische xenobiotica, waarbij vicinale cis-dihydrodiolen ontstaan. In dit werk werden de haalbaarheid, efficiëntie en robuustheid van een celvrij reactieplatform voor CDO geëvalueerd.

Naast de evaluatie van eiwitexpressie en zuiveringsprocedures, worden geoptimaliseerde reactiecondities voor asymmetrische hydroxyleringsreacties gerapporteerd. Problemen gerelateerd aan O2 ontkoppeling in het gevestigde in vitro systeem voor CDO hebben onze aandacht gericht op het vinden van oplossingen om dit obstakel te overwinnen. Het bleek dat de implementatie van niet-native redoxpartners in het CDO-systeem de vorming van H2O2 als gevolg van O2-ontkoppeling aanzienlijk verminderde en bijdroeg aan een robuust reactiesysteem.

Ten slotte werd een nieuwe fusiebenadering om het CDO-reactiesysteem te vereenvoudigen geëvalueerd. Door de reductase te fuseren met de ferredoxinecomponent van CDO werd een efficiënt en vereenvoudigd reactiesysteem tot stand gebracht. Deze studie dient als blauwdruk voor verdere fusiestrategieën voor ROs.