Artificial Metalloenzymes

In de natuur wordt een groot deel van de chemische transformaties uitgevoerd door complexe moleculen, die bekend staan als enzymen. Deze enzymen zijn katalysatoren die vaak bouwstenen produceren van één spiegelbeeld. Het produceren van bouwstenen van slechts een spiegelbeeld is belangrijk voor het maken van bijvoorbeeld medicijnen. Echter natuurlijke enzymen kunnen slechts een gelimiteerde set van deze transformaties uitvoeren. Homogene katalyse, vaak gebruikt in organische chemie, kan een veel bredere set aan transformatie uitvoeren, maar niet altijd van één spiegelbeeld. Artificiële metaalenzymen maken gebruik van de voordelen van de twee eerder genoemde katalysatoren en combineert deze tot een. Zo’n katalysator bestaat uit een biomolecuul en een metaalcomplex. Toepassing van deze katalysatoren is al zeer succesvol gebleken, echter het aantal biomoleculen dat beschikbaar is voor de constructie van artificiële metaalenzymen is beperkt.Dit proefschrift beschrijft een nieuwe benadering voor ontwikkeling en constructie van artificiële metaalenzymen.Een actieve centrum, waar de chemische transformatie plaats vindt, werd gecreëerd op een interface van een eiwit dat bestaat uit twee gelijk delen. Hiervoor werd het eiwit LmrR gebruikt. Twee benaderingen om het metaal complex te verankeren aan LmrR werden gedemonstreerd, namelijk op een covalente en niet covalente manier. De artificiële metaalenzymen die hieruit ontstonden, konden verschillende katalytische transformaties uitvoeren waarbij zeer goede resultaten werden behaald. Dat wil zeggen dat een hoog percentage van een spiegelbeeld werden gevormd. Een verdere studie van deze katalysatoren gaf een beter inzicht hoe deze transformaties uitgevoerd werden.In nature, a large scope of chemical transformations are performed by complex molecules, known as enzymes. Enzymes are catalysts that are able to produce building blocks of just one mirror image. The production of these building blocks possessing just one mirror image is important for the construction of medicine, for example. However, enzymes have a very limited scope of transformation they can achieve. On the other hand, homogenous catalysis, can perform a much wider scope of transformations. However, it does not always produce one mirror image of the building block. Artificial metalloenzymes utilizes the benefits of the catalysts mentioned previously. An artificial metalloenzymes consists of a metal complex and a biomolecule. Artificial metalloenzymes proved to be very successful, however the number of available biomolecules for the construction of artificial metalloenzymes is limited.This thesis describes a new approach for the development and construction of artificial metalloenzymes.An active site, in which the chemical transformation takes place, was constructed on the interface of a protein that consisted of two equal parts. The protein that was used was LmrR. Different approaches to anchor the metal complex covalent or non-covalent are described in this thesis. The resulting artificial metalloenzymes were able to catalyze a variety of chemical transformations with very good results, i.e. a high percentage of one of the two mirror images of the products were formed. A study of these artificial metalloenzyme gave more insight in how these transformations were performed