Enzymatische Transformation verschiedener Flavonoide durch das extrazelluläre Pilzenzym Agrocybe-aegerita-Peroxygenase
Research output: Types of Thesis › Doctoral thesis
Contributors
- Chair of Environmental Biotechnology
- Zittau/Görlitz University of Applied Sciences
Abstract
Die vorliegende Dissertation zum Thema Enzymatische Transformation verschiedener Flavonoide durch das extrazelluläre Pilzenzym Agrocybe-aegerita-Peroxygenase befasst sich mit folgenden Teilaufgaben:rn1)Enzymproduktion: Herstellung und Reinigung der Agrocybe-aegerita-Peroxygenase (AaeAPO);rn2)Enzymatische Synthese von Flavonoiden und deren Derivaten ausgehend von Standardsubstanzen;rn3)Analytische und spektroskopische Untersuchung der synthetisierten Verbindungen;rn4)Enzymatische Synthese und Reinigung (scale-up ≥ 5 mg) von Apigenin-, Luteolin-, 6-Hydroxyflavon-, 7-Hydroxyflavanon- sowie 7-Hydroxyflavonderivaten für die NMR-Analyse;rn5)NMR-spektroskopische Analyse der gereinigten Flavonoide;rn6)Extraktion von Flavonoiden aus ausgewählten Pflanzen: Aronia melanocarpa (Apfelbeere), Fragaria ananassa (Gartenerdbeere), Bellis perennis (Gänseblümchen) und Trifolium pratense (Rotklee) sowie analytische Untersuchung der Extrakte;rn7)Untersuchungen zum Einfluss der Flavonoidextrakte auf die Enzymbildung durch Agrocybe aegerita und Bjerkandera adusta;rn8)Chemische Synthese von ',6-Dihydroxyflavanon als Standardverbindung für die HPLC.rnrnDie enzymatische Transformation von Flavonoidstandardverbindungen wurde mit einem neuen Enzymtyp – der unspezifischen Peroxygenase des Lamellenpilzes Agrocybe aegerita (Südlicher Ackerling) – durchgeführt; als Cosubstrat wurde Wasserstoffperoxid verwendet. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass das Enzym (AaeAPO) insgesamt über ein sehr breites Substratspektrum bezüglich der Flavonoide (57) verfügt. Folgende Standardsubstanzen wurden untersucht: Flavone – Acacetin, Amentoflavon, Apigenin, Apigenintrimethylether, Baicalein, Baicalein-7-methylether, Chrysin, Chrysindimethylether, Flavon, 5-, 6-, 7-Hydroxyflavon, 6,7-Dihydroxyflavon, 2',6-Dihydroxyflavon, 4',6-Dihydroxyflavon, Luteolin, 5-Methoxyflavon, 4'-Methoxyflavon, 6-Methoxyluteolin, Tangeretin und Tectochrysin; Isoflavone – Biochanin A, Daidzein, Demethyltexasin, Formononetin, Genistein, Genistein-4',7-dimethylether, Glycitein und 5-Methyl-7-methoxyisoflavon; Flavanone – Eriodictyol, Flavanon, Hesperetin, 2'-, 3'-, 4'-, 6-, 7-Hydroxy-flavanon, 4',6-Dihydroxyflavanon, Isosakuranetin, 4'-, 5-, 6-Methoxyflavanon, Naringenin und Pinocembrin; Flavonole – 3-Hydroxyflavon, 3,6-Dihydroxyflavon, Isorhamnetin, Kämpferol, Myricetin, Quercetagetin, Quercetin und Quercetinpentamethylether; Flavonoidmonoglykoside - Apigetrin, Genistin, Naringenin-7-O-glukosid und Orientin sowie das Flavonoiddiglykosid Rutin. Hiervon konnten alle Verbindungen mit Ausnahme des Diglykosids Rutin, des Dimers Amentoflavon,rndes 3-Hydroxyflavon sowie den Flavonoid-Derivaten mit besetzter C6-Position (Baicalein, Baicalein-7-methylether, Demethyltexasin, 6,7-Dihydroxyflavon, 6-Methoxyluteolin, Quercetagetin) durch die AaeAPO umgesetzt werden. Dabei entstanden ein oder mehrere monohydroxylierte, dihydroxylierte, demethylierte oder anders derivatisierte Produkte, die anhand ihrer Massen- und UV-Vis-Spektren in Verbindung mit den chromatographischen Retentionszeiten (HPLC) und entsprechender Referenzsubstanzen identifiziert wurden. Darüber hinaus wurden ausgewählte Produkte mittels NMR-Spektroskopie strukturell aufgeklärt. Die Ergebnisse belegen, dass Flavonoide durch die AaeAPO regioselektiv in 6-Position hydroxyliert werden. Die Untersuchungen mit isotopenmarkiertem Wasserstoffperoxid (H218O2) ergaben, dass der im Zuge der Hydroxylierungen eingefügte Sauerstoff dem Peroxid entstammt (echte Peroxygenase-Reaktion). Weiterhin wurde am Beispiel von Flavon nachgewiesen, dass die AaeAPO-katalysierte Hydroxylierung von Flavonoiden über eine Epoxidzwischenstufe verläuft.rnGemische verschiedener Flavonoide wurden aus den einheimischen Pflanzen A. melanocarpa, F. ananassa, T. pratense und B. perennis extrahiert und analytisch charakterisiert. Es kamen dabei die Mikrowellenextraktion, Ultraschallextraktion sowie die beschleunigte Lösungsmittelextraktion (accelerated solvent extraction, ASE) unter Verwendung von Ethanol, Ethanol-Wasser- oder Glycerin-Wasser-Gemischen zum Einsatz. Die analytische Untersuchung der Extrakte erfolgte mittels HPLC-DAD und HPLC-MS.rnWeiterhin wurde der Einfluss von Flavonoiden auf die Enzymbildung durch A. aegerita und Bjerkandera adusta (Rauchporling) untersucht. Die Extrakte von Apfelbeere, Gänseblümchen und Rotklee stimulierten die Laccase-Produktion, während die AaeAPO-Aktivität im Vergleich zu entsprechenden Kontrollen abnahm. Ähnlich wirkten Erdbeerblätter-Extrakte, wobei die Effekte hier weniger deutlich ausgeprägt waren (möglicherweise aufgrund einer insgesamt niedrigeren Flavonoidkonzentration in den mittels ASE gewonnenen Extrakten). Im Fall von B. adusta konnte eine moderate Stimulierung der Mangan-Peroxidase-Bildung nach Zugabe der Extrakte beobachtet werden. Außerdem zeigte sich, dass das Lösungsmittel Ethanol allein eine gewisse Stimulierung der Laccase-Produktion in A. aegerita bewirkte und die AaeAPO wiederum gehemmt wurde. Die beobachteten Effekte der Extrakte auf die Enzymproduktion sind deshalb sowohl auf die Flavonoide als auch auf das Ethanol zurückzuführen.
Details
Original language | German |
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Publication status | Published - 2013 |
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Keywords
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- Flavone, Isoflavone, Flavanone, Flavonole, Peroxygenase, P450, Hydroxylierung, Epoxidierung, O-Dealkylierung