Thermostable glycosidases and glycosynthases as biocatalysts in green chemistry applications

Abstract: Popular Abstract in Swedish Idag baserat på konceptet grön kemi - börjar man att utveckla nya miljövänliga processer i produktionen av kemikalier, genom att använda förnyelsebara råvaror och minska giftigt avfall. I denna avhandling används enzymer för att bilda kemikalier som en del i utvecklingen av nya miljöprocesser. Enzymer är proteiner som påskyndar (katalyserar) kemiska reaktioner för olika funktioner i celler, varav en mycket viktig sådan är att skapa energi genom att bryta ned kolhydrater. De enzymer som används i denna studie kommer från två bakterier som lever i extremt varma ekosystem (termofiler). T. neapolitana som återfinns i underjordiska varma källor utanför Neapels kust i Italien och R. marinus som först isolerades från heta källor på Island. Fördelen med att använda enzymer från termofila bakterier är att de bibehåller förmågan att fungera effektivt vid såväl höga temperaturer och tryck som vid svåra kemiska förhållanden (surt eller basiskt). Dessa egenskaper gör dem idealiska för användning vid produktion av kemikalier på en industriell nivå. Tack vare användandet av molekylärbiologiska tekniker kan dessa enzymer produceras i stora mängder och på ett kontrollerat sätt i ett laboratorium genom att den genetiska kod som skapar enzymet förs in i en annan bakterie som kallas E. coli som kan odlas i lägre (normala) temperaturer. Således har genom arbetet för denna avhandling tre termostabila enzymer som tillhör gruppen glykosidaser producerats i laboratoriet - TnBgl3B och TnBgl1A från T. neapolitana och RmCel12A från R. marinus. Den första delen av avhandlingen fokuserar på studier av enzymaktivitet under nedbrytningen av kolhydrater. För att förstå mer om denna funktion gjordes strukturella studier. En tredimensionell struktur skapas genom att kristallisera enzymet följt av bestrålning med röntgenstrålar som ger oss positionen för varje atom i enzymet. Detta visade att TnBgl3B var den första strukturen i sin familj av enzymer som rapporteras ha tre domäner, och utöver detta så upptäcktes en förklaring till enzymets interaktion med socker. I den andra delen av avhandlingen, baserat på den information som den tredimensionella strukturen gav, infördes specifika mutationer med molekylärbiologisk teknik som förändrade den naturliga funktionen hos enzymet så att den skapar nya ämnen (syntes) istället för att bryta ned dem. Denna nya skräddarsydda ändring av enzymets egenskaper kan utnyttjas för att skapa nya kemikalier, syntetiserade (skapade) av sockerarter (som är förnybara råvaror). De nya kemikalierna som skapas kan användas till biologiskt nedbrytbara personliga hygienprodukter (alkylglykosider), som konserveringsmedel (antioxidanter), samt inom flera andra områden som till exempel inom nutrition och produktion av prebiotika (socker av specifik längd och sammansättning)

  CLICK HERE TO DOWNLOAD THE WHOLE DISSERTATION. (in PDF format)