Tematyka Badawcza

GŁÓWNE KIERUNKI BADAŃ

  • Badanie spektrum substratowego enzymów oraz chromatograficzna chiralna analiza produktów reakcji.

  • Badania kinetyki i termodynamiki redukcji i utleniania enzymów.

  • Badania inhibicji i dezaktywacji enzymów.

  • Badania nad immobilizacją enzymów.

  • Badania nad optymalnym systemem reaktorowym i układem do ekstrakcji produktów reakcji.

  • Modelowanie ścieżek reakcji metodami chemii kwantowej (QM i QM:MM).

  • Modelowanie struktur kompleksów enzym-substrat metodami dokowania oraz dynamiki molekularnej.

  • Modelowanie reaktywności enzymów metodami analizy korelacyjnej (QSAR).

  • Krystalizacja i rozwiązywanie struktur przestrzennych enzymów.

  • Badania nad bakteryjną produkcją polihydroksyalkanianów (PHA)
  • Badania funkcjonalizacji polimerów PHA wybranymi lekami z grupy antybiotyków, sterydów i niesteroidowych leków przeciwzapalnych na drodze biokatalizy
  • Badania estryfikacji cukrów monomerami PHA – (R)-3-hydroksykwasami

 

STOSOWANE METODY

  • Spektroskopowe techniki badania aktywności enzymu z różnymi substratami bazujące na fotometrycznym teście aktywności (UV/Vis). Badania połówkowego cyklu reakcji metodami szybkiej kinetyki stopped-flow przy współpracy Zespołu Chemii Bionieorganicznej prof. Grażyny Stochel z Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego.

  • Zastosowanie FPLC i technik elektroforetycznych do oczyszczania i monitorowania czystości enzymów.

  • Zastosowanie wysokosprawnej chromatografii cieczowej z detektorami DAD i MS (LC-DAD-ESI/APCI-MS) i gazowej GC-MS do separacji produktów reakcji enzymatycznych.

  • Zastosowanie chromatografii gazowej z detekcją masową (GC-MS) do separacji produktów reakcji.

  • Zastosowanie ekstrakcji ciecz-ciecz i ciecz-ciało stałe (SPE) do otrzymywania produktów reakcji.

  • Izotermiczna kalorymetria titracyjna (ITC) jako metoda badania termodynamiki reakcji enzymatycznej.

  • Kwantowo-mechaniczne modelowanie struktur centrów aktywnych w enzymach oraz przebiegających w nich reakcji.

  • Symulacje dynamiki molekularnej oraz dokowania molekularnego dla kompleksów enzym-substrat.

  • Zastosowanie metodologii QSAR i sztucznych sieci neuronowych do modelowania kinetyki enzymatycznej w oparciu o parametry kwantowo-mechaniczne.

  • Rentgenografia strukturalna.

  • Prowadzenie fermentacji mikrobiologicznej w kolbach oraz fermentorze (5L)


BADANE UKŁADY – WYBÓR

EBDH

Dehydrogenaza etylobenzenowa (EBDH) jest bakteryjnym enzymem z należącym do mononuklearnych enzymów molibdenowych z rodziny reduktaz DMSO. EBDH jest pierwszym, kluczowym enzymem w beztlenowym szlaku mineralizacji etylobenzenu, który umożliwia wzrost bakterii na pożywce bogatej w etylobenzen i azotany w środowisku beztlenowym.

Enzymy molibdenowe posiadają centrum aktywne zawierające pojedynczy atom molibdenu, jeden lub dwa kofaktory pterydynowe oraz dodatkowe ligandy - najczęściej resztę aminokwasową (Ser, Cys, SeCys, Asp), oraz zazwyczaj ligand tlenowy Mo=O.

kofaktor molibdenowy

struktura EBDH

EBDH jest złożonym enzymem bakteryjnym (αβγ 164 kDa) zawierającym centrum monomolibdenowe (MoCo), klastery żelazo-siarkowe oraz grupę hemową typu b559. EBDH katalizuje stereospecyficzną reakcję hydroksylacji etylobenzenu do 1-(S)-fenyloetanolu.

HppE

Epoksydaza kwasu (S)-2-hydroxypropylfosfonowego (HppE) jest bakteryjnym enzymem katalizującym ostatni etap biosyntezy fosfomycyny – antybiotyku stosowanego w praktyce klinicznej. HppE należy do niehemowych enzymów żelazowych, co oznacza, że w swoim miejscu aktywnym wiąże jon żelaza bez udziału grupy porfirynowej. Dla natywnego substratu – S-HPP, katalizowana reakcja polega na utleniającym odwodornieniu substratu z jednoczesnym utworzeniem pierścienia epoksydowego. Stereoizomer R-HPP ulega prostszemu utlenieniu do ketonu. Prowadzone badania mają na celu wyjaśnienie mechanizmu reakcji enzymatycznej HppE.



 Reakcje katalizowane przez HppEStruktura miejsca aktywnego HppE 

       Reakcje katalizowane przez HppE                                           Struktura miejsca aktywnego HppE

Polihydroksyalkaniany 

Polihydroksyalkaniany (PHA) to biopolimery, które reprezentują jeden z wiodących sektorów bioproduktów. PHA reprezentują klasę aktywnych optycznie biodegradowalnych poliestrów akumulowanych przez liczne bakterie jako wyodrębnione granulki wewnątrzkomórkowe bądź, jako pozakomórkowe struktury przypominające sieci. PHA służą przede wszystkim, jako rezerwa węgla i energii . Strukturę chemiczną PHA można opisać jako liniową formację (R)-3-hydroksykwasów, gdzie grupa karboksylowa jednego monomeru tworzy wiązanie estrowe z grupą hydroksylową sąsiadującego monomeru. PHA można podzielić na kilka kategorii w zależności od przyjętego kryterium. Biorąc pod uwagę wielkość monomeru PHA dzieli się na krótkie (C3–C5; scl-PHA), średnie (C6–C14; mcl-PHA) bądź długie (>C14; lcl-PHA) łańcuchowo polimery.

Struktura chemiczna PHA, gdzie R1 i R2 to różne łańcuchy boczne

 Nasze badania skupiają się na polimerach PHA jak i na ich monomerach. Prowadzone prace angażują biokatalizę w celu funkcjonalizacji polimerów PHA i jego monomerów. Wykorzystujemy enzymy z grupy α/β-hydrolaz – lipazy, dzięki którym tworzymy nowe materiały na bazie PHA. Bioplastik poddawany jest enzymatycznej funkcjonalizacji wybranymi lekami, z drugiej zaś strony monomery na drodze biokatalizy dołączane są do cząsteczek cukrów. Badania mają na celu stworzenie nowych materiałów do regenracji tkanek, materiałów opatrunkowych, nowych leków o działaniu antynowotworowym czy środków powierzchniowo czynnych.

W danej tematyce prowadzone są trzy projekty badawcze:

  • Projekt Sonata NCN „Biosynteza nowych estrów laktozy za pośrednictwem lipaz. Charakterystyka ich właściwości fizykochemicznych i przeciwrakowych.” Nr 2015/17/D/ST4/0051
  • Projekt Know “Biokatalityczna synteza estrów cukrowych”
  • Projekt Lider NCBiR “Nowe sfunkcjonalizowane biopolimery do zastosowań medycznych” nr 0090/L-7/2015