Enzym- und Reaktionstechnik der unspezifischen Peroxygenase katalysierten Hydroxylierung von Butan (BUPOx)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Holtmann; Professor Dr. Andreas Liese
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465474720

Dieses gemeinsame Vorhaben der Arbeitsgruppen von Prof. Holtmann und Prof. Liese zielt auf ein tiefgreifendes Verständnis der Einflüsse und Wechselwirkungen von Prozessparametern auf die biokatalytische Effizienz der Oxyfunktionalisierung von kurzkettigen Alkanen. Am Beispiel der asymmetrischen Hydroxylierung von Butan zu 2-Butanol, katalysiert durch die erst kürzlich erstmalig beschriebenen Enzymgruppe der unspezifischen Peroxidasen (UPO), werden detaillierte interdisziplinäre Prozessstudien durchgeführt. In gemeinsamen Vorarbeiten der beiden Gruppen wurde bereits die Machbarkeit des Reaktionssystems gezeigt in ersten Blasensäulen-Experimenten gezeigt und gleichzeitig die Notwendigkeit detaillierterer Untersuchungen, um die beobachteten antagonistischen Effekte zu beschreiben, dargestellt. Zunächst soll das Modellenzym, die AaeUPO, charakterisiert werden. Von besonderem Interesse ist dabei die Stabilität gegenüber Wasserstoffperoxid und den Begasungseffekten des gasförmigen Butans Um die Selektivitäten der Prozesse zu verbessern, wird ein Screening nach neuen UPO-Varianten (Enantioselektivität) mit Reaktionstechnik kombiniert, wobei der Schwerpunkt auf der in situ Produktentfernung durch Extraktion liegt (Prozessselektivität). Da UPOs ein breites Substratspektrum aufweisen, ist ein "umgekehrtes" Substratscreening notwendig, um geeignete Lösungsmittel zu finden, die nicht auch gleichzeitig als Substrat dienen. Schließlich werden vielversprechende UPO-Varianten auf einer Gasdiffusionselektrode immobilisiert, die in den Reaktor integriert wird. Auf diese Weise werden neue grundlegende Erkenntnisse hinsichtlich der Überwindung limitierender Faktoren für Hydroxylierungen, die durch unspezifische Peroxidase katalysiert werden, generiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen