Characterization of Arabidopsis Dirigent Proteins

Die oxidative Kupplung von Phenolen spielt in pflanzlichen Biosyntheseprozessen eine zentrale Rolle und ist sowohl an der Entstehung der polymeren Lignine, als auch an der Bildung zahlreicher biologisch aktiver Sekundärmetabolite, darunter Lignane, Flavonolignane und Alkaloide, entscheidend beteiligt. Lignane werden durch dimerisierende oxidative Kupplung von Propenylphenol-Derivaten gebildet, was in vivo mit hoher Regio-, Diastereo- und Enantioselektivität geschieht. Wie von Lewis un Mitarbeitern gezeigt wird die hohe Selektivität der Biosynthese von Lignanen durch so genannte dirigierende Proteine (DPs) vermittelt wird. So liefert die Laccase- bzw. Peroxidase-katalysierte oxidative Kupplung von (E)-Coniferylalkohol 1 enantiomerenreines (+)-Pinoresinol (+)-2, sofern sie in Gegenwart eines DP’s aus Forsythia intermedia durchgeführt wird. Das DP verfügt selbst nicht über ein aktives Zentrum, scheint aber die intermediären Coniferylalkohol-Radikale zu binden und in einer Weise zu orientieren, die die 8-8’-Kupplung von der si-si Seite unter Bildung von (+)-2 ermöglicht. Unter der Voraussetzung, dass ähnlich zur Biosynthese von (+)-2 die stereochemische Kontrolle der oxidativen Dimerisierungen zu (-)-2 ebenfalls durch DPs ausgeübt wird, müssen solche DPs in Pflanzen postuliert werden, die Lignane vom (-)-2  Hieraus ergibt sich das primäre Ziel des Projekts, nämlich die Identifizierung von DPs mit neuartiger Substrat- und/oder Produktspezifität. Durch eine vergleichende Charakterisierung unterschiedlicher DPs wollen wir zu einem grundlegenden Verständnis der Wirkungsweise von DPs kommen und insbesondere die molekulare Basis der Substratspezifität sowie der Regio-, Diastereo- und Enantioselektivität in der Produktbildung bestimmen. Darauf aufbauend wollen wir DPs für den Einsatz in der enantioselektiven enzymatischen Synthese optimieren. Die gewonnenen Erkenntnisse können darüber hinaus als Modell für biomimetische chemische Synthesen dienen.