Studien zu enzymatischen und chemisch synthetischen Zugängen zu unnatürlichen Terpenoiden
Creators: name: Ravkina, Viktoria
Publisher: name: Hannover : Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover
Year: 2024
Subjects: subject: terpenes
subject: terpene cyclases
subject: synthesis
subject: biocatalysis
subject: GC-MS
subject: NMR spectroscopy
subject: Terpene
subject: Terpencyclasen
subject: Synthese
subject: Biokatalyse
subject: NMR-Spektroskopie
subject: Dewey Decimal Classification::500 | Naturwissenschaften::540 | Chemie

description: Mit über 100000 Vertretern repräsentieren Terpene die größte Klasse sekundärer Naturstoffe. Trotz ihrer chemischen und strukturellen Diversität leiten sich ihre Kohlenstoffgerüste von Dimethylallyl- und Isopentenyldiphosphat ab, die enzymatisch zu linearen, allylischen Vorläufern kondensiert werden. Diese werden von Terpencyclasen stereoselektiv zu komplexen, teilweise mehrzyklischen Produkten transformiert, die unter anderem über pharmakologische Eigenschaften verfügen und für die Wirkstoffforschung besonders interessant sind. Daher werden stetig neue Naturstoffe isoliert und untersucht sowie bekannte Terpene funktionalisiert, um ihre biologische Aktivität zu erweitern. Einen weiteren Zugang zu neuartigen Terpenoiden ermöglicht die Biotransformation synthetisch hergestellter Substrate. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden Ester-, Ether sowie Cyclopropyliden-Derivate der natürlichen Substrate Farnesyl- und Geranylgeranyldiphosphat dargestellt, die in enzymatischen Biotransformationen eingesetzt wurden. Dazu wurden Sesqui- und Diterpencyclasen als synthetische Gene kommerziell erworben und heterolog exprimiert. Die Substratakzeptanz wurde mittels GC-MS-Analyse evaluiert und gebildete Produkte identifiziert. Nach der Isolierung erfolgte die Strukturaufklärung der Verbindungen und ihr Vergleich mit natürlichen Biotransformationsprodukten. Dabei wurden mechanistische Überlegungen über ihre Entstehung angestellt und mögliche Zyklisierungsmechanismen diskutiert.
description: With more than 100000 known compounds, terpenes comprise the largest class of natural products. Despite this impressive diversity, enzymatic head-to-tail coupling of the basic building blocks dimethylallyl and isopentenyl diphosphate provides linear allylic terpene precursors. These primary adducts undergo complex cyclization reactions, catalyzed by enzymes known as terpene cyclases, to yield diverse terpenoid structures containing multiple fused rings and well-defined stereocenters. Because of their desirable properties as pharmaceutical compounds, terpenoids are especially useful and are of broad interest to the field of drug discovery. Therefore, new natural products are constantly being isolated and investigated, as well as known terpenes functionalized to enhance their biological activity. Novel terpenoids can also be created through the biotransformation of synthetically derived terpene substrates. In this thesis, ester, ether and cyclopropylidene derivatives of the natural substrates farnesyl and geranylgeranyl diphosphate were synthesized and used in enzymatic biotransformations. For this purpose, sesqui- and diterpene cyclases were commercially purchased as synthetic genes and heterologously expressed. Substrate acceptance was evaluated by GC-MS analysis and the products formed were identified. After isolation, the structure of the compounds was elucidated and compared with natural biotransformation products. Mechanistic considerations of their formation were made and possible cyclization mechanisms were discussed.