Baeyer-Villiger-Monooxygenasen

Baeyer-Villiger-Monooxygenasen (BVMO) sind eine Klasse von Enzymen und eine Unterklasse der Monooxygenasen. Sie kommen insbesondere in Bakterien und Pilzen vor und katalysieren die Oxidation von Carbonylverbindungen zu Carbonsäureestern und Lactonen analog zur als Namensreaktion bekannten Baeyer-Villiger-Oxidation.

Die Namensreaktion Baeyer-Villiger-Oxidation, bei der eine Carbonylverbindung unter Einführung eines Sauerstoffatoms in einen Carbonsäureester oder Lacton überführt wird, wurde erstmals 1899 beschrieben. BVMO, die eine analoge Umwandlung katalysieren, sind erst deutlich kürzer bekannt. Die ersten Vertreter wurden in den 1960er- und 1970er-Jahren isoliert. Die erste Kristallstruktur eines Vertreters stammt aus dem Jahr 2004 (Phenylaceton-Monooxygenase).^[2]

BVMO sind von Menschen, Tieren und Pflanzen nicht bekannt, kommen bei Pilzen und Bakterien aber häufig vor. Untersuchte bakterielle Genome codieren im Schnitt jeweils etwa eine BVMO. Besonders verbreitet sind die Enzyme bei Actinomyceten.^[2] Am bekanntesten ist die Cyclohexanon-Monooxygenase aus Acinetobacter calcoaceticus. Ähnliche Enzyme wurden auch aus den Gattungen Arthrobacter, Brachymonas, Rhodococcus und Brevibacterium isoliert. Cyclopentanon-Monooxygenasen wurden aus Comamonas und Brevibacterium isoliert.^[1]

BVMO weisen eine konservierte Sequenzeinheit auf, anhand derer sie vergleichsweise leicht aus Genomen identifiziert werden können (Genome Mining). Sie enthalten Flavin-Adenin-Dinucleotid als Cofaktor und benötigen NADPH.^[2]

BVMO können meist unterschiedliche Substrate oxidieren, weisen aber trotzdem Begrenzungen bezüglich der Substrate auf. Phenylaceton-Monooxygenase kann beispielsweise viele aromatische Ketone umsetzen, jedoch kaum aliphatische. Die Cyclohexanon-Monooxygenase aus Acinetobacter akzeptiert neben Cyclohexanon diverse andere alicyclische Ketone, jedoch keine aromatischen und keine acyclischen aliphatischen.^[2] Neben der namensgebenden Baeyer-Villiger-Oxidation können sie auch Epoxidierungen und Oxidationen zu Sulfoxiden katalysieren.^[1]

BVMO wurden schon für chemische Reaktionen im Kilogramm-Maßstab eingesetzt.^[2] BVMO eignen sich für regio- und enantioselektive Reaktionen, wobei Cyclopentanon-Monooxygenasen und Cyclohexanon-Monooxygenasen oft eine gegensätzliche Enantioselektivität erzielen. Eingesetzt wurden BVMO beispielsweise in Synthesen von Calyculin und Triandamycin A.^[1]

1. ↑ ^{a b c d e f} Gonzalo de Gonzalo, Marko D. Mihovilovic, Marco W. Fraaije: Recent Developments in the Application of Baeyer–Villiger Monooxygenases as Biocatalysts. In: ChemBioChem. Band 11, Nr. 16, 2. November 2010, S. 2208–2231, doi:10.1002/cbic.201000395. 
2. ↑ ^{a b c d e} Daniel E Torres Pazmiño, Hanna M Dudek, Marco W Fraaije: Baeyer–Villiger monooxygenases: recent advances and future challenges. In: Current Opinion in Chemical Biology. Band 14, Nr. 2, April 2010, S. 138–144, doi:10.1016/j.cbpa.2009.11.017.