Academic literature on the topic 'Alkane And Alkene'

Unspecific peroxygenase (EC 1.11.2.1) represents a group of secreted hemethiolate proteins that are capable of catalyzing the selective mono-oxygenation of diverse organic compounds using only H2O2 as a cosubstrate. In this study, the peroxygenase from Agrocybe aegerita (AaeUPO) was found to catalyze the hydroxylation of various linear (e.g n-hexane), branched (e.g. 2,3-dimethylbutane) and cyclic alkanes (e.g. cyclohexane). The size of n-alkane substrates converted by AaeUPO ranged from gaseous propane (C3) to n-hexadecane (C16). They were mono-hydroxylated mainly at the C2 and C3 position, rather than at the terminal carbon, and the corresponding ketones were formed as a result of overoxidation. In addition, a number of alkenes were epoxidized by AaeUPO, including linear terminal (e.g. 1-heptene), branched (2-methyl-2-butene) and cyclic alkenes (e.g. cyclopentene), as well as linear and cyclic dienes (buta-1,3-diene, cyclohexa-1,4-diene). Furthermore, the conversion of terminal alkynes (e.g. 1- octyne) gave the corresponding 1-alkyn-3-ol in low yield. Some of the reactions proceeded with complete regioselectivity and - in the case of linear alkanes, terminal linear alkenes and alkynes - with moderate to high stereoselectivity. The conversion of n-octane gave (R)-3-octanol with 99% enantiomeric excess (ee) and the preponderance of the (S)-enantiomer reached up to 72% ee of the epoxide product for the conversion of 1-heptene. Catalytic efficiencies (kcat/ Km) determined for the hydroxylation and respectively epoxidation of the model compounds cyclohexane and 2-methyl-2-butene were 2.0 × 103 M-1 s-1 and 2.5 × 105 M−1 s−1. The results obtained in the deuterium isotope effect experiment with semideuterated n-hexane and the radical clock experiment with norcarane clearly demonstrated that the hydroxylation of alkanes proceeds via hydrogen abstraction, the formation of a substrate radical and a subsequent oxygen rebound mechanism. Moreover, stopped-flow experiments and substrate kinetics proved the involvement of a porphyrin radical cation species (compound I; AaeUPO-I) as reactive intermediate in the catalytic cycle of AaeUPO, similar to other hemethiolate enzymes (e.g. cytochrome P450 monooxygenases, P450s)<br>Die Gruppe der Unspezifischen Peroxygenasen (EC 1.11.2.1) umfasst extrazelluläre Häm-Thiolat-Enzyme, die mittels H2O2 als Cosubstrat die selektive Monooxygenierung unterschiedlicher organischer Verbindungen katalysieren. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die von Agrocybe aegerita sekretierte Peroxygenase (AaeUPO) verschiedene lineare (z. B. n-Hexan), verzweigte (z. B. 2,3-Dimethylbutan) und zyklische Alkane (z. B. Cyclohexan) hydroxyliert. Die Größe der von der AaeUPO umgesetzten Substrate reichte vom gasförmigen Propan (C3) bis hin zu n-Hexadekan (C16). Die Alkane wurden bevorzugt am zweiten und dritten Kohlenstoffatom (C2 und C3) hydroxyliert; eine Hydroxylierung am terminalen Kohlenstoff konnte nur vereinzelt und in geringem Umfang beobachtet werden. Die Überoxidationen der primär gebildeten, sekundären Alkohole führte außerdem zur Entstehung der entsprechenden Ketonderivate. Darüber hinaus wurde eine Vielzahl linearer terminaler (z. B. 1-Hepten), verzweigter (z. B. 2-Methyl-2-Buten) und zyklischer Alkene (z. B. Cyclopenten) sowie linearer und zyklischer Diene (1,3-Butadien, 1,4-Cyclohexadien) durch die AaeUPO epoxidiert. Die Umsetzung terminaler Alkine (z. B. 1-Octin) führte zur Entstehung der jeweiligen 1-Alkin-3-ole. Manche dieser Reaktionen verliefen ausgeprägt regioselektiv und, im Falle der linearen Alkane sowie der linearen terminalen Alkene und Alkine, mit mittlerer bis hoher Stereoselektivität. So ergab beispielsweise die Umsetzung von n-Octan einen Enantiomerenüberschuss größer 99% für (R)-3-Octanol; die Epoxidierung von 1-Hepten lieferte einen Enatiomeerenüberschuss (ee) von bis zu 72% für das (S)-Enantiomer. Die katalytischen Effizienzen, die für die Hydroxylierung bzw. Epoxidierung der Modellverbindungen Cyclohexan und 2-Methyl-2-Buten ermittelt wurden, betragen 2.0 × 103 M-1 s-1 und 2.5 × 105 M−1 s−1. Der ausgeprägte Deuterium-Isotopen-Effekt, der im Zuge der Umsetzung von semideuteriertem n-Hexan beobachtet wurde sowie die Ergebnisse des Radical-Clock-Experiments mit Norcarane als Substrat bestätigten, dass die Hydroxylierung von Alkanen über Wasserstoffabstraktion, die Bildung eines Substratradikals und anschließende direkte Sauerstoffrückbindung verläuft. Die Stopped-Flow-Experimente belegen zudem das Auftreten eines Porphyrin-Kationradikal-Intermediates (Compound I; AaeUPO-I) im katalytischen Zyklus der AaeUPO (vergleichbar mit dem reaktiven Intermediat der P450-Monooxygenasen)

Bacterial monooxygenases have important roles in the biogeochemical cycling of carbon and nitrogen, as well as potential applications in biocatalysis of pharmaceutically important epoxides, and bioremediation of chlorinated pollutants. However, use of monooxygenases for biotechnology requires understanding of microbial physiology and the catalytic properties (e.g. substrate range and kinetic parameters) of monooxygenases themselves. Heterologous expression of monooxygenases is one way to advance our fundamental knowledge of MO functions, and also to enable future applications. This project focused on designing a new heterologous expression system for monooxygenases, using the soluble di-iron ethene monooxygenase (EtnMO) and the particulate copper hydrocarbon monooxygenase (HMO) from Mycobacterium strain NBB4 as models. The new Mycobacterium/E. coli shuttle vector (pMycoFos) allows stable cloning of the EtnMO and HMO enzymes in E. coli, and functional expression of these in Mycobacterium smegmatis mc2-155. This study evaluated the requirement for accessory proteins such as chaperonins and catalase peroxidase in the hydrocarbon metabolism of strain NBB4, and charactersied three such proteins (Cpn60.1, Cpn10, and KatG) by expression and purification in E. coli. Although co-expression of these proteins did not enhance MO activity in M. smegmatis, evidence for a role for KatG in alkane metabolism was obtained from the higher peroxidase activity seen in butane-grown cells relative to cells grown on acetate. Codon-optimisation was tested as a means of enabling expression of the EtnMO genes in E. coli, but this approach was not successful. However, possible evidence for the importance of codon usage was obtained from experiments on heterologous expression of the EtnMO in Pseudomonas putida strain KT2440. This high-GC bacterium was capable of expression of the unmodified EtnMO genes. This is the first example of functional expression of an alkene monooxygenase (group 4 SDIMO) in a gram-negative organism.