top of page

Syntaza benzylobursztynianowa i inne enzymy dodajÄ…ce fumaran  (FAE)

Wszystkie znane mikroorganizmy zdolne do beztlenowego metabolizowania toluenu rozpoczynajÄ… szlak metaboliczny od reakcji addycji grupy metylowej toluenu do fumaranu, w wyniku czego powstaje kwas (R)-benzylobursztynianowy. Ta nowa dla biochemii zasada jest możliwa dziÄ™ki katalitycznemu dziaÅ‚aniu enzymu glicynowo rodnikowego - syntazy benzoilobursztynianowej (BSS). GÅ‚ównym celem badaÅ„ jest poznanie zależnoÅ›ci miÄ™dzy strukturÄ… i funkcjÄ… enzymów z rodziny FAE. Aby go zrealizować prowadzimy mutacje wybranych reszt aminokwasowych w centrum aktywnym dużej podjednostki BSS oraz w centrach wiążących klastery Fe-S w maÅ‚ych podjednostkach. Reszty znajdujÄ…ce siÄ™ w centrum dużej podjednostki w oczywisty sposób sÄ… zaangażowane w wiÄ…zanie i rozróżnianie substratów, tj. zarówno toluenu jak i fumaranu, jak również w prowadzenie samej reakcji katalitycznej. Rola i znaczenie reszt w centrach maÅ‚ych podjednostek jak dotÄ…d nie jest znana. 

Reaction catalyzed by FAE enzymes - addition of fumarate to methyl carbon of various aromatic and aliphatic hydrocarbons.

​

​

W ramach naszych badaÅ„ zajujemy siÄ™ również pracami nad rekombinowanÄ… ekspresjÄ… i charakterystykÄ… innych naturalnych enzymów i ich mutantów dodajÄ…cych fumaran, w szczególnoÅ›ci enzymów aktywujÄ…cych metylonaftalen, metylofenantren i alkany. Wielu z tych enzymów nie można badać w ich dzikiej formie, gdyż organizmy z których pochodzÄ… wzrastajÄ… zbyt powoli aby umożliwić ich izolacjÄ™.

Ponieważ opracowaliÅ›my system do rekombinowanej ekspresji genów BSS umożliwiajÄ…cy uzyskanie aktywnego enzymu, mamy zamiar przebadać również enzym aktywujÄ…cy BSS, w celu opracowania metody aktywacji enzymów FAE in vitro. Chcemy również przeprowadzić szeroko zakrojone próby krystalizacji enzymów z rodziny FAE, tak aby poszerzyć bazÄ™ danych strukturalnych dla tych enzymów i dostarczyć punktu wyjÅ›cia do modelowania teoretycznego. Mamy nadzieje, że dziÄ™ki temu poszerzymy zakres reakcji oraz potencjalnych zastosowaÅ„ enzymów FAE. 

Od kilku już lat prowadzimy modelowanie mechanizmu reakcji katalizowanych przez FAE metodami chemii kwantowej równolegle z badaniami eksperymentalnymi. Badania te majÄ… na celu uzyskanie jak najbardziej realistycznych modeli ich aktywnoÅ›ci enzymatycznej. Na koniec zamierzamy uzyskać efektywny system caÅ‚o-komórkowy produkujÄ…cy rekombinowany aktywny enzym, który bÄ™dzie zdolny do biotechnologicznej produkcji benzylobursztynianu oraz jego pochodnych. Produkty te mogÄ… znaleźć w przysÅ‚oÅ›ci zastosowanie jako chiralne bloki budulcowe w syntezie zwiÄ…zków organicznych i leków lub jako komponenty w poliestrowych bioplastikach. 

​

Badania sÄ… finansowane przez wspóÅ‚ny program  NCN/DFG Beethoven Life 2018/31/F/NZ1/01856 [2020-2023] "Struktura i funkcja enzymów glicynowo-rodnikowych katalizujÄ…cych addycjÄ™ do fumaranu: biochemia, modelowanie i zastosowanie (FAEREACTION)" 

​

Lista publikacji:

  1. M. Szaleniec, G. Oleksy, A. SekuÅ‚a, I. Aleksić, R. Pietras, M. Sarewicz, K. Krämer, A. J. Pierik, J Heider "Modeling the Initiation Phase of the Catalytic Cycle in the Glycyl-Radical Enzyme Benzylsuccinate Synthase", J. Phys. Chem B, 128, (2024) 5823-5839, DOI: 10.1021/acs.jpcb.4c01237​​

  2. I. Salii, M. Szaleniec, A. Alhaj Zein, D. Seyhan, A. SekuÅ‚a, K. Schühle, I. Kaplieva-Dudek, U. Linne, R. U. Meckenstock, J. Heider, "Determinants for Substrate Recognition in the Glycyl Radical Enzyme Benzylsuccinate Synthase Revealed by Targeted Mutagenesis", ACS Catalysis, 11 (2021) 3361-3370

  3. J. Heider, M. Szaleniec, B.M. Martins, D. Seyhan, W. Buckel, B.T. Golding, "Structure and Function of Benzylsuccinate Synthase and Related Fumarate-Adding Glycyl Radical Enzymes", J. Mol. Microbiol. Biotechnol., 26 (2016) 29-44

  4. M. Szaleniec, J. Heider, "Modeling of the Reaction Mechanism of Enzymatic Radical C–C Coupling by Benzylsuccinate Synthase", Int. J. Mol. Sci. , 17 (2016) article number 514

  5. D. Seyhan, P. Friedrich, M. Szaleniec, M. Hilberg, W. Buckel, B. T. Golding, J. Heider, "Elucidating the Stereochemistry of Enzymatic Benzylsuccinate Synthesis with Chirally Labeled Toluene", Angew. Chem. Int. Ed., 5 (2016) 11664–11667

Fig. 1 Reakcje katalizowane przez BSS i inne enzymy dodajÄ…ce fumaran (FAE) 

bottom of page