Producció enantioselectiva de diols vicinals i α-hidroxicetones amb oxidoreductases de llevat aplicació de tècniques d'autoclonació per la generación d'enzims i soques modificades /

摘要

Les transformacions catalitzades per enzims s'utilitzen cada cop més per a la síntesis d'intermediaris útils destinats a les indústries farmacèutiques, agroalimentàries i de química fina. La utilització d'enzims en síntesi química compleix amb els principis de la "química verda", com per exemple en la utilització de solvents més segurs (les reaccions enzimàtiques són realitzades usualment, en medi aquós), en el disseny de reaccions amb millor eficiència energètica (les reaccions enzimàtiques es realitzen, sovint, a T ambient), i en la utilització de catalitzadors (els enzims ho són) entre d'altres. La majoria de molècules amb interès farmacèutic o emprades en la "química fina" posseeixen al menys un centre quiral i donades les propietats de quimioselectivitat, regioselectivitat i estereoselectivitat dels enzims, fan que aquests siguin òptims, per a la síntesi d'aquestes molècules. Diversos diols, com 1,3-propàdiol, 1,2-propàdiol, 2,3-butàdiol i 1,4-butàdiol, es consideren productes químics bàsics ("plattform chemicals") a causa de les seves moltes aplicacions en la indústria, incloent la síntesi de productes químics especials i el seu ús com a precursors de polímers. A més, el 2,3-butàdiol s'ha utilitzat com un agent anticongelant (la forma de l'estereoisòmer (2R,3R)-2,3-butàdiol té un punt de congelació -60 ° C) i com un precursor de diversos compostos, a través de reaccions de deshidratació (obtenint metil etil cetona, que es pot utilitzar com un additiu de combustible), deshidrogenació (donant compostos aromatitzants com acetoïna i diacetil) i esterificació (donant precursors de fàrmacs i plastificants) En el nostre laboratori hem caracteritzat l'enzim Bdh1p de Saccharomyces cerevisiae, implicat en la síntesi de acetoïna i 2,3-butàdiol, que són productes del metabolisme del llevat. També hem caracteritzat l'activitat diacetil reductasa depenent de NADH dels enzims Bdh1p i Adh2p; així com l'activitat diacetil reductasa depenent de NADPH de l'enzim Ara1p. El primer objectiu d'aquesta Tesi és emprar el potencial biotecnològic de Bdh1p en la síntesi de molècules amb dos grups hidroxil veïns amb configuració R, en concret: (2R,3R)-2,3-butàdiol, (2R,3R)-2,3-pentàdiol, (2R, 3R)-2,3-hexàdiol i (3R,4R)-3,4-hexàdiol. Aquesta síntesi s'ha fet a partir de precursors (dicetones) i a diferents nivells: enzims purs (incloent enzims de regeneració de coenzim), soques de llevat que els sobre-expressen i una proteïna de fusió entre Bdh1p i formiat deshidrogenasa. El segon objectiu de la Tesi és estudiar la estereoselectivitat de diferents aldo-ceto reductases (tant de llevat, com humanes) i la seva utilització en la síntesi d'hidroxicetones i diols derivats de dicetones veïnes. El tercer objectiu de la Tesi és desenvolupar una tècnica d'autoclonació per llevat que permeti introduir mutacions específiques en el DNA, sense la introducció d'elements extra que pertorbin el context cromosomal dels gens. El seu ús en soques industrials evitarà la presència de gens que produeixin resistència a antibiòtics i en general de DNA forà a l'organisme. Aquesta tècnica s'ha aplicat per la construcció de soques de llevat que sobre-expressin Bdh1p des de un promotor activable per galactosa. També s'ha utilitzat per introduir mutacions específiques en el gen ADH1de llevat, de manera que s'alteri la seva preferència de coenzim. S'han estudiat els efectes d'aquestes mutacions puntuals en les corbes de creixement de les soques de llevat modificades, en diferents fonts de carboni