Elektroenzymatik - Charakterisierung von immobilisierten P450 Monooxygenasen

P450 Monooxygenasen besitzen aufgrund ihrer einzigartigen Oxidationschemie, z.B. der regio- und stereoselektiven Hydroxylierung nicht-aktivierter C-Atome in Kohlenwasserstoffen, großes Potential für die chemische Synthese in unterschiedlichen Industriebranchen.
Die technisch relevanten Prozesse mit P450 Monooxygenasen sind zurzeit überwiegend Ganzzelltransformationen. Diese Prozesse weisen jedoch mehrere Nachteile auf: Limitierte Aufnahme von hydrophoben Substraten in die Zelle, Substratverbrauch durch Nebenreaktionen aufgrund des diversifizierten Zellmetabolismus, weiterer Abbau der Produkte durch den zellulären Stoffwechsel und die Zelltoxizität von Substrat und Produkt über Membranschädigung. Allerdings stehen auch dem in vitro Einsatz von P450 Monooxygenasen einige technische und ökonomische Hindernisse entgegen; Haupthindernis ist die Abhängigkeit der P450 Monooxygenasen von teuren elektronenliefernden Cofaktoren wie NAD(P)H.

Im Fokus dieses Forschungsprojektes steht die Charakterisierung von auf Elektroden immobilisierten P450 Monooxygenasen mit dem Ziel, eine heterogene Katalyse mit elektrochemischer Cofaktor-Substitution durchzuführen. Die Immobilisierung von Enzymen auf Trägerelektroden kann auf unterschiedlichen Wegen erreicht werden. Eine Möglichkeit ist die Verwendung von leitfähigen Polymeren, wie z. B. Polythiophen, Polypyrrol und Polyanilin. Der Elektronentransfer von einer Trägerelektrode auf ein Enzym kann über die Ketten des leitfähigen Polymers erfolgen. Neben den leitfähigen Polymeren können auch Sol-Gele oder "surfactant films" für die Immobilisierung eingesetzt werden.

Im Rahmen des Projektes sollen die verschiedenen Immobilisierungstechniken in Kombination mit unterschiedlichen P450 Monooxygenasen (P450 BM-3, P450cam, P450cin sowie Muteine dieser Enzyme) untersucht und verglichen werden.