Fachbereich 13 - Biologie
Institut für Molekulare Mikrobiologie und Biotechnologie
Arbeitskreis PD Dr. Bernd H.A. Rehm

Molekulare Charakterisierung von Enzymen der
Polyhydroxyalkanoat-Biosynthese in Pseudomonaden

Elastomere Polyhydroxyalkanoate (PHAMCL) bestehend aus 3-Hydroxyfettsäuren mittlerer Kettenlänge (C6-C14) werden von Pseudomonaden als intrazelluläre wasserunlösliche Speicherpolymere synthetisiert. Diese Biopolymere sind aufgrund der thermoplastischen und elastomeren Materialeigenschaften sowie der hohen Biokompatibilität von besonderem Interesse für die Entwicklung neuer Biomaterialien. Im Rahmen der Forschungsarbeiten wurden Enzyme identifiziert, charakterisiert und optimiert, die Intermediate des Fettsäurestoffwechsels zu aktivierten Vorstufen der PHA_MCL-Biosynthese umsetzen. Hierbei handelte es sich im Wesentlichen um Enoyl-CoA-Hydratasen und Transacylasen. Das Schlüsselenzym der PHA_MCL-Biosynthese ist die Klasse II PHA-Synthase, die die kovalente Verknüpfung der aktivierten Vorstufen (3-Hydroxyacyl-CoA). Die Klasse II PHA-Synthase wurde biochemisch und enzymologisch charakterisiert. Die angeführten Enzyme wurden bezüglich des katalytischen Reaktionsmechanismus und der Substratspezifität molekular charakterisiert.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

PD Dr. Bernd H. A. Rehm (Leiter), Dr. Qingsheng Qi, Dipl.-Biol. Nils Hoffmann, M. Sc. Amro A. Amara

Veröffentlichungen:

Rehm, B. H. A., A. Steinbüchel: Heterologous expression of the acyl-acyl carrier protein thioesterase gene from the plant Umbellularia californica mediates polyhydroxyalkanoate biosynthesis in recombinant Escherichia coli, Appl. Microbiol. Biotechnol. 55, 205-209, 2001

Rehm, B. H. A., T. Mitsky, A. Steinbüchel: The role of fatty acid de novo biosynthesis in polyhydroxyalkanoic acid (PHA) and rhamnolipid synthesis by pseudomonads: Establishment of the transacylase (PhaG)-mediated pathway for PHA biosynthesis in Escherichia coli, Appl. Environ. Microbiol. 67, 3102-3109, 2001

Rehm, B. H. A., Q. Qi, B. Br. Beermann, H.-J. Hinz, A. Steinbüchel: Matrix-assisted in vitro refolding of Pseudomonas aeruginosa class II polyhydroxyalkanoate synthase from inclusion bodies produced in recombinant Escherichia coli, Biochem. J. 358, 263-268, 2001

Qi, Q., B. H. A. Rehm: Polyhydroxybutyrate biosynthesis by Caulobacter crescentus: Physiology and molecular characterization of the polyhydroxybutyrate synthase, Microbiology 147, 3353-3358, 2001

Rehm, B. H. A., R. V. Antonio, P. Spiekermann, A. A. Amara, A. Steinbüchel: Molecular characterization of the poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) synthase from Ralstonia eutropha: In vitro evolution, site-specific mutagenesis and development of PHB synthase protein model, Biochim. Biophys. Acta, 1594, 178-190, 2002

Green, P. R., J. Kemper, L. Schechtman, L. Guo, M. Satkowski, S. Fiedler, A. Steinbüchel, B. H. A. Rehm: Formation of short chain length/medium chain length polyhydroxyalkanoate copolymers by fatty acid ß-oxidation inhibited Ralstonia eutropha, Biomacromolecules 3, 208-213, 2002

Amara, A. A., A. Steinbüchel, B. H. A. Rehm: In vivo evolution of the Aeromonas punctata polyhydroxyalkanoate (PHA) synthase: Isolation and characterization of modified PHA synthases with enhanced activity, Appl. Microbiol. Biotechnol. 59, 477-482, 2002

Fiedler, S., A. Steinbüchel, B. H. A. Rehm: The role of the fatty acid b-oxidation multienzyme complex from Pseudomonas oleovorans in polyhydroxyalkanoate biosynthesis: Molecular characterization of the fadBA operon from P. oleovorans and of the enoyl-CoA hydratase genes phaJ from P. oleovorans and Pseudomonas putida, Arch. Microbiol. 178, 149-160, 2002

Hoffmann, N., A. A. Amara, B. Br. Beermann, Q. Qi, H.-J. Hinz, B. H. A. Rehm: Biochemical characterization of the Pseudomonas putida transacylase which diverts intermediates of fatty acid de novo biosynthesis, J. Biol. Chem. 277, 42926-42936, 2002