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Departament de Química Biològica i Modelització Molecular
CHEMOENZYMATIC SYNTHESIS OF CARBOHYDRATES AND
DERIVATIVES WITH ENGINEERED D-FRUCTOSE-6-PHOSPHATE
ALDOLASE
Anna Szekrényi
Los compuestos polihidroxilados, como carbohidratos y sus derivados son moléculas
de gran importancia en procesos bioquímicos. La síntesis de estos compuestos es
compleja debido principalmente a tres factores: i) su alta funcionalización, ii) su
elevado número de centros estereogénicos iii) y su aislamiento. Por lo tanto, el
desarrollo de metodologías simples y selectivas que permitan la preparación de
colecciones de estas sustancias con diversitad estructural son de gran importancia.
Las aldolasas, que catalizan una reacciones aldólica o retro-aldólica son unas de las
liasas mas importantes para la formación estereoselectiva de enlaces carbonocarbono. Estos biocatalizadores son uno de los dos clases de enzimas que son
utilizadas en la síntesis de monosacáridos, permitiendo la funcionalización y
fromación de nuevos centros esterogenicos.
La D-fructosa 6-fosfato aldolasa (FSA) de E. coli es la unica aldolasa que cataliza la
formación reversible de D-fructosa 6-fosfato. La enzima puede utilizar varios dadores
no fosforilados como dihidroxiacetona (DHA), hidroxiacetona (HA) y glicolaldehído
(GO).
El objecto de esta tesis es el rediseño racional de FSA para la síntesis de varios
carbohidratos. Diferentes estrategias de ingeniería genética han sido aplicadas para
ampliar la tolerancia frente a varios sustratos dadores y aceptores, que permitió la
síntesis de aldosas. También se ha modificado la estereoquímica y mejorado el
rendimiento de la reacción enzimática.
Utilizando mutagénesis sitio específica se desarrolló una variante de FSA que acepta
varios 1-hidroxi-2-alcanones y sus análogos como sustratos dadores con alta
diastereoselectividad. Así se abren nuevas rutas para la síntesis de colecciones de
compuestos inovadores, inaccesibles hasta el momento por biocatálisis.
También se aplicó mutagénesis para el diseño de mutantes activos hacia las
adiciones aldólicas de GO. Además combinando las diferentes mutaciones la
reactividad de la FSA se ha visto mejorada frente a sustratos aceptores. Esta nueva
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actividad ha sido aplicada en la preparación de un gran número de aldosas mediante
reacciones tándem biocatalíticas por dos adiciones secuenciales de GO.
En la literatura se encuentran pocos ejemplos de reacciones catalíticas en cascada.
Por ello, se realizó un estudio de la combinación de adiciones aldólicas organo- y
biocatalíticas para la síntesis de desoxiazúcares.
Tesis Doctoral. 25 de julio de 2014