Einsatz von pilzlichen Pyranose-Oxidoreduktasen in innovativen Prozessen zur Transformation von Zuckern in höherwertige Produkte
Abstract
Zucker-Oxidoreduktasen aus der Familie der Pyranose-2-Oxidase (P2O) erlangen immer mehr Bedeutung als Katalysator für die enzymtechnologische Transformation von freien, ungeschützten Zuckern. P2O wird von einer Reihe von holzabbauenden Pilzen gebildet und ist ein homotetrameres Flavoprotein mit einem Molekulargewicht von ca. 300 kDa, das die spezifische C-2 Oxidation von einigen Monosacchariden zu den entsprechenden Dikarbonylzuckern katalysiert, wobei Sauerstoff als Elektronenakzeptor verwendet wird. Zur Zeit sind erst wenige P2Os genauer charakterisiert und erst ein einziges Enzym kloniert. Aldosen werden von P2O zu den entsprechenden 2-Ketoaldosen oxidiert. Diese sehr reaktiven Verbindungen können als wichtige Zwischenverbindungen, etwa für die Herstellung von Lebensmittelzusatzstoffen, verwendet werden. Im Zuge unseres bereits abgeschlossenen Projektes (AKTION 1997-1999, Projekt WTZ I.4) wurde P2O aus dem Basidiomyceten Trametes multicolor genauer charakterisiert. Weiters konnten wir den effektiven Einsatz dieses Enzymes, zusammen mit einer Aldose-Reduktase, für die zweistufige Redox-Isomerisierung von D-Glukose und D-Galaktose zu D-Fruktose bzw. D-Tagatose zeigen. Diese beiden zuletzt genannten Ketosen stellen moderne Zuckeraustauschstoffe mit diätetisch vorteilhaften Eigenschaften dar. Weiters haben wir kürzlich ein neues, verwandtes Enzym - Pyranose-Dehydrogenase (PDH) - im Speisechampignon Agaricus bisporus entdeckt und partiell charakterisiert. PDH ist ein chinon-abhängiges Flavoprotein mit einem Molekulargewicht von etwa 70 kDa, das ein sehr breites Substratspektrum sowohl für Mono- als auch für Disaccharide aufweist. Diese zugeletzt genannte Eigenschaft macht das Enzym für Umsetzungen von Zuckern, speziell von solchen, die von P2O nicht als Substrat verwendet werden, sehr interessant. Die Zielsetzungen dieses Nachfolgeprojektes bauen auf dem bereits vorhandenen Wissen über P2O auf und sollen unsere Kenntnisse vertiefen: (i) Zum Einsatz von P2O in technologisch relevanten Prozessen soll dieses Enzym sowohl in molekularer als auch in prozeßtechnischer Hinsicht detaillierter charakterisiert werden; weiters wird das Gene in ein Bakterium geklont und sequenziert. Das Ziel hierbei ist die effiziente Überproduktion dieses Biokatalysators mittels eines geeigneten Expressionssystems. (ii) Basierend auf unseren Kenntnissen von A. bisporus sollen unterschiedliche holzabbauende Pilze auf PDH gescreent werden. Dabei gefundene Enzyme sollen mit A. bisporus PDH verglichen werden, um neue Biokatalysatoren mit vorteilhaften Eigenschaften, etwa in Hinblick auf die Substratspezifität, zu identifizieren. Auf Grund dieser Vorversuche soll PDH aus einem ausgewählten Organismus gereinigt und bezüglich seiner biochemischen und molekularen Eigenschaften charakterisiert werden. Weiters sollen die Reaktionsprodukte der Umsetzung mit verschiedenen Zuckern mittels unterschiedlicher spektroskopischer Methoden identifiziert werden. Der Schwerpunkt bei diesen Arbeiten wird bei Produkten mit möglicher lebensmitteltechnologischer Anwendung, etwa bei 2-Ketolaktose, liegen. Diese Verbindung ist die Zwischenstufe der möglichen Umwandlung von Laktose zu Laktulose durch das System Pyranose-Dehydrogenase / Aldose-Reduktase. Dieser zu untersuchende Prozeß ist ein Möglichkeit, den Milchzucker Laktose, der einen 'Abfall'stoff der Molkereiwirtschaft darstellt, zu einem höherwertigen Produkt zu veredeln, das als Präbiotikum sowohl lebensmitteltechnologische als auch pharmazeutische Bedeutung hat. Weitere geplante Arbeiten umfassen die Sequenzierung von internen PDH-Peptiden, die als Oligonukleotidsonden für die nachfolgende Klonierung der pdh cDNA geeignet sind. Weiters soll die Umsetzung von Laktose zu Laktulose bzw. von Galaktose zu Tagatose prozeßtechnisch optimiert werden, wobei einer der Schwerpunkte dieser Arbeiten bei der kontinuierlichen Regeneration von Elektonenakzeptoren (NAD bzw. FAD) liegen wird.
Schlagworte Katalase Kohlenhydrat-Transformation Pyranose Oxidase
Publikationen
Enzymatic formation of dicarbonyl sugars: C-2 oxidation of 1¿6 disaccharides gentiobiose, isomaltose and melibiose by pyranose 2-oxidase from Trametes multicolor.
Autoren: Volc, J., Leitner, C., Sedmera, P., Halada, P., Haltrich, D. Jahr: 1999
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Double oxidation of D-xyl to D-glycero-pentos-2,3-diulose (2,3-diketoxylose) by pyranose dehydrogenase from the mushroom Agaricus bisporus.
Autoren: Volc, J., Sedmera, P., Halada, P., Prikrylová, V., Haltrich, D. Jahr: 2000
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Peptide sequencing by matrix-assisted laser desorption/ionization and post-source decay mass spectroscopy: a rapid method to design oligonucleotide hybridisation probes for cloning cDNA encoding of pyranose 2-oxidase from Trametes multicolor.
Autoren: Halada, P., Leitner, C., Volc, J., Haltrich, D., Havlicek, V. Jahr: 2000
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Screening of basidiomycete fungi for the quinone dependent sugar C-2/C-3 oxidoreductase, pyranose dehydrogenase and properties of the enzyme from Macrolepiota rhacodes.
Autoren: Volc, J., Kubátová, E., Daniel, G., Sedmera, P., Haltrich, D. Jahr: 2001
Originalbeitrag in Fachzeitschrift
Mitarbeiter*innen
Dietmar Haltrich
Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Dietmar Haltrich
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