Oksydoreduktaza aldehydowa

Badana oksydoreduktaza aldehydowa jest metaloenzymem zawierającym w swoim centrum aktywnym jon wolframu, który jest najcięższym pierwiastkiem pełniącym funkcję biologiczną w organizmach żywych. Enzymy wolframowe, które występują tylko w bakteriach i archeonach, charakteryzują się wysoką wrażliwością na tlen atmosferyczny oraz katalizują reakcje przy bardzo niskim potencjale redoks. 

AOR będąca obiektem badań została wyizolowana z mezofilnej i fakultatywnie anaerobowej bakterii Aromatoleum aromaticum (AORAa). AORAa  w istotny sposób odróżnia się od innej dobrze poznanej oksydoreduktazy AOR pochodzącej z hipertermofilnych archeonów. Jest znacząco mniej podatna na dezaktywację przez tlen atmosferyczny oraz posiada bardziej skomplikowaną strukturę podjednostkową (abg)2. AORAa katalizuje utlenianie szerokiej gamy aldehydów do odpowiednich kwasów wykorzystując barwniki wiologenowe lub  NAD+ jako sztuczne akceptory elektronów .[1]

 

 

Rys1. Schemat O2-niezależnej reakcji utleniania aldehydów do odpowienich kwasów karboksylowych katalizowany przez AOR. 

Celem naszych badań jest poznanie struktury enzymu oraz charakterystyka jego wlaściwości katalitycznych. Badania te umożliwią poznanei mechanizmu reakcji katalitycznej. By to osiągnąć wykorzystujemy techniki eksperymentalne  (np. testy kinetyczne) jak i teoretyczne (symulacje MD, obliczenia QM). 

 

 

 

 

 

 

Rys.2. Hipotetyczny model  AOR z Aromatoleum aromaticum complex: żółty- podjednostka katalityczna zawierająca kofaktor wolframowy (Wco) w centrum katalitycznym oraz jeden kaster Fe4S4 , pomarańczowy - podjednostka transferująca elektrony zawierająca cztery klastry Fe4S4 ,  czerwony - podjednostka zawierająca kofaktor FAD .

Prowadzone są również prace zmierzające do wykorzystania aplikacyjnego enzymu do syntezy wartościowych związków organicznych. Badania są wykonywane przy wsparciu finansowym grantu NCN PRELUDIUM No 2017/27/N/ST4/02676: ‘Wolframowa oksyreduktaza aldehydu z Aromatoleum aromaticum – badania mechanizmu reakcji katalitycznej’

Lista publikacji:

  1. F.  Arndt , G. Schmitt, A.  Winiarska, M. Saft, A. Seubert, J. Kahnt,  J. Heider,   Characterization of an Aldehyde Oxidoreductase From the Mesophilic Bacterium Aromatoleum aromaticum EbN1, a Member of a New Subfamily of Tungsten-Containing Enzymes. Front. Microbiol., 10 (2019) 71. doi: 10.3389/fmicb.2019.00071

  2. A. Winiarska, J. Heider, M. Szaleniec. D. Hege, F. Arndt „Sposób otrzymywania aldehydów poprzez enzymatyczną redukcję kwasów karboksylowych”, Polish Patent Application P.437445 (29.03.2021)

  3. A. Winiarska, J. Heider, M. Szaleniec. D. Hege, F. Arndt „Sposób enzymatycznej redukcji formy utlenionej dinukleotydu nikotynowo-adeninowego.” Polish Patent Application P.437449 (29.03.2021)

  4. A. Winiarska, J. Heider, M. Szaleniec. D. Hege, F. Arndt, A. Wojtkiewicz „A method of enzy-matic reduction of the oxidized nicotinamide adenine dinucleotide and carboxylic acids”, European Patent Application EP22164459.4

  5. A. Winiarska, D. Hege, Y. Gemmecker, J. Kryściak-Czerwenka, A. Seubert, J. Heider, M. Szaleniec, Tungsten Enzyme Using Hydrogen as an Electron Donor to Reduce Carboxylic Acids and NAD+, ACS Catalysis, 2022, 12 (14), 8707-8717, doi: 10.1021/acscatal.2c02147

schematic representation of benzylaldehyde oxidation to benzylic acid by benzyl biologen or NAD+ and catalyzed by AOR. Oxygen comes from water and two protons are released
enzyme_scheme.png