Photodecarboxylasen für stereoselektive C-C Bindungsknüpfung

Die moderne Chemie steht vor mehreren Herausforderungen: Es gilt, neue Synthesemethoden zu entwickeln, die nicht nur effizient und flexibel, sondern auch nachhaltig und hochselektiv sind. Das vom FWF geförderte Forschungsprojekt Photodecarboxylasen für stereoselektive C-C Bindungsknüpfung nimmt sich dieser Aufgabe an, indem es die Möglichkeiten der Photokatalyse zur gezielten Herstellung komplexer Molekülstrukturen mit der außergewöhnlichen Selektivität von Enzymen den Katalysatoren der Natur kombiniert. Im Zentrum des Projekts stehen sogenannte Photodecarboxylasen, eine Klasse lichtabhängiger Enzyme. Diese Biokatalysatoren, die eine Rolle im Lipidstoffwechsel photosynthetischer Bakterien spielen, eröffnen spannende neue Wege für die chemische Synthese. Durch detaillierte Untersuchungen ihrer Reaktionsmechanismen konnte das Forschungsteam neuartige Enzymvarianten entwickeln, die eine photobiokatalytische Version der Giese-Reaktion ermöglichen eine Form der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung, die in der Natur bisher nicht beobachtet wurde. Ziel des Projekts ist es, das Potenzial dieser Enzyme durch Enzym-Engineering und gerichtete Evolution weiter auszubauen. Dabei sollen neue, in der Natur unbekannte Reaktionen entwickelt werden, die besonders stereo-, chemo- und regioselektiv sind und so den Weg ebnen für präzisere und nachhaltigere chemische Verfahren. Ein interdisziplinäres Team bildet das Herzstück dieses Projekts: Die organischen Chemiker und Molekularbiologen Christoph Winkler und Wolfgang Kroutil (Universität Graz) arbeiten eng mit dem Strukturbiologen und Computerchemiker Marc Garcia-Borràs (Universität Girona) zusammen, um diese Vision Wirklichkeit werden zu lassen. Die zentralen Ziele des Projekts sind: Entwicklung neuartiger photobiokatalytischer Kopplungsreaktionen mit außergewöhnlicher Selektivität Aufbau einer Sammlung an Enzym-Varianten durch gerichtete Evolution, die als Grundlage für weitere enzymatische Photoredox-Reaktionen dient Förderung dieser Innovationen durch mechanistische Erkenntnisse aus experimentellen und computer-gestützten Untersuchungen sowohl der natürlichen als auch der nicht-natürlichen Enzymreaktionen Dieses Projekt liefert nicht nur wichtige Beiträge zur Grundlagenwissenschaft in der Biokatalyse, sondern hat auch das Potenzial, langfristig nachhaltigere und präzisere chemische Synthesemethoden zu etablieren.