Enzymatic synthesis of natural and artificial polyprenols

Abstract

Magnesiumabhängige cis-Prenyltransferasen (CPTs) katalysieren die konsekutive Addition von homoallylischem Isopentenyldiphosphat an allylisches Farnesyldiphosphat, um ciskonfigurierte lineare Polyprenyldiphosphate zu bilden. Diese nativen Produkte, sowie synthetische Derivate, stellen eine interessante Quelle für die industrielle Produktion von Polymeren, wie z.B. Neopren, dar. In dieser Arbeit wurden eine thermophile mittelketten CPT sowie eine langketten CPT untersucht, wobei der Fokus auf dem Umsatz natürlicher und artifizieller Substrate lag. Durch die Verwendung eines fluoreszierenden Startersubstrates konnten die entsprechenden Produktalkohole mittels fluoreszenz-basierter HPLC detektiert werden. Die Kettenlänge der Produkte konnte mittels hochauflösender Massenspektrometrie ermittelt werden. Die Wahl der Assaybedingungen sowie der Einsatz von Enzymvarianten können die Produktverteilung beeinflussen. Somit kann die Anreicherung von spezifischen Produkten erreicht werden.

Magnesium‐dependent cis-prenyltransferases (CPTs) catalyze the consecutive addition of homoallylic isopentenyl diphosphate onto allylic farnesyl diphosphate to form cis-configured linear polyprenyl diphosphates. These native products as well as synthetic derivatives are an interesting resource for the industrial production of polymers, e.g. neoprene. In this study, a thermophilic medium-chain CPT as well as a long-chain CPT were analyzed, focusing on the conversion of natural and artificial substrates. By using a fluorescent starter substrate the corresponding product alcohols could be detected using a fluorescence-based HPLC method. The chain length of the resulting polyprenols was determined by high resolution mass spectrometry. The choice of the assay conditions and the generation of enzyme variants change the chain length distribution of the products significantly. Thus, the accumulation of specific products can be achieved by medium or genetic engineering.