Herstellung von L-tert-Leucin mit immobilisierten Zellen und verkapselten Enzymen mit Cofaktorregenerierung

Hußmann, Wibke

doi:10.24355/dbbs.084-200910191028-0

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Herstellung von L-tert-Leucin mit immobilisierten Zellen und verkapselten Enzymen mit Cofaktorregenerierung

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L-tert-Leucin ist eine nicht-proteinogene Aminosäure, die in der Medizin als wichtiger Bestandteil zahlreicher potenzieller pharmakologischer Peptid-Wirkstoffe und Arzneimittel (Antitumorreagenzien, antivirale Medikamente, Wirkstoffe gegen Arthritis) sowie in der asymmetrischen Synthese als chirales Auxiliar und chiraler Ligand in enantioselektiven Katalysatoren verwendet wird. L-tert-Leucin kann enzymatisch mit Hilfe der Leucindehydrogenase (LeuDH) aus Trimethylpyruvat hergestellt werden. Zur Regenerierung des Cofaktors NADH wird dabei eine Formiatdehydrogenase genutzt. Um die Produktivität zu steigern und die Prozesskosten zu senken, ist es sinnvoll, die Enzyme durch Immobilisierung zu stabilisieren und mehrfach wieder einsetzen zu können. In dieser Arbeit wurde die Immobilisierung der FDH (Candida boidinii) und LeuDH (Bacillus cereus) in zwei unterschiedlichen Formen - als isolierte Enzyme und in Ganzzellkatalysatoren, die diese Enzyme direkt exprimieren können- untersucht. Die isolierten Enzyme konnten erfolgreich in Polyelektrolytkugeln aus Cellulosesulfat und Polydiallyldimethylammioniumchlorid eingeschlossen werden. Durch verschiedene Optimierungsschritte konnten stabile Hohlkugeln hergestellt werden, die eine hohe Restaktivität (80 %) besaßen und im Mehrfacheinsatz keinen Enzymverlust aufwiesen. Als beste Immobilisierungsmethode für die Ganzzellkatalysatoren erwies der Einschluss in (K+/NH4+)-Carrageenankugeln. Die Restaktivität lag bei 75 %, die sich auch nach einem 17-tägigen Einsatzes des Immobilisates nicht verringerte. Für beide Formen - für den Ganzzellkatalysator und für die isolierten Enzyme- wurden daher sehr gute Immobilisierungssysteme gefunden werden, welche einerseits kostengünstig und einfach herzustellen und leicht zu handhaben sind und außerdem eine hohe Restaktivität und eine gute Langzeitaktivität besitzen.

L-tert-leucine is a non-proteinogenic amino acid which is used in medicine as an important component of many potential active pharmaceutical ingredients and pharmaceuticals (anti-tumor reagents, anti-viral drugs, active substances against arthritis) as well as in the asymmetrical synthesis as chiral auxiliaries and as chiral ligands in enantioselective catalysts. L-tert-leucine can be produced enzymatically from trimethyle pyruvate by a leucine dehydrogenase (leuDH). For the regeneration of the cofactor NADH a formate dehydrogenase (FDH) can be used. For industrial application it is expedient to immobilize the enzymes in order to stabilize the enzymes and to utilize them for a repeated use. In this work the immobilization of the FDH (Candida boidinii) and LeuDH (Bacillus cereus) was examined in two different forms: as isolated enzymes and as a whole cell catalysts which can express these enzymes directly. The isolated enzymes could be encapsulated successfully in polyelectrolyte-polyelectrolyte capsules consisting of cellulose sulfate and polydiallyldimethylammonium chloride. By different optimization steps stabile capsules could be produced which owned a high residue activity (80%) and which showed no enzyme loss within a repeated use. The best immobilization method for the whole cell catalysts was the inclusion of the cells into capsule made from (K+/NH4+)-carrageenan. The residue activity was 75% which did not decrease during a 17-day application of the immobilizates. So for both forms - for the whole cell catalyst and for the isolated enzymes - very good immobilization methods giving very good immobilizates are found. They can be produced in simple way at a reasonable price and can be used easily. Moreover they own a high residue activity and a good long term activity.