2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16725Lösungsmitteldesign und -auswahl mit besonderem Fokus auf ihre Nachhaltigkeit ist derzeit ein Schwerpunkt in der chemischen und biologischen Katalyse. Die Biokatalyse basiert traditionell auf wässrigen Medien oder klassischen organischen Lösungsmitteln (vor allem für Hydrolasen) oder auch zweiphasige Systeme dieser Medien. Unter diesem Aspekt wurden „Deep Eutectic Solvents“ (DESs) als „Lösungsmittel des 21. Jahrhunderts“ identifiziert und bieten eine sichere und nachhaltige Alternative als Lösungsmittel für die Biokatalyse. Zusammengefasst basieren die Vorteile von DESs auf ihrem oftmals biogenen Ursprung und ihren Eigenschaften wie Schmelzpunkt unterhalb der Raumtemperatur, geringe Flüchtigkeit, hohe thermische Stabilität, Einstellbarkeit analog zu ionischen Flüssigkeiten, biologische Abbaubarkeit, hohe Verfügbarkeit bei akzeptablen Kosten und einfache Präparation. Insbesondere der hohe Freiheitsgrad beim Design eines DES aus einer Vielzahl von (biogenen) Substanzen ermöglicht die Einrichtung einer nachhaltigen Lösungsmittelplattform. Das enorme Potential von DESs für biokatalytische Anwendungen wurde vor allem für Hydrolasen (EC3) untersucht, nachdem ihre erste Anwendung im Jahr 2008 demonstriert wurde. Im Gegensatz zu EC3 Enzymen, wurden Oxidoreduktasen (EC1) nur selten in Medien, die überwiegend aus DESs bestehen, angewendet. Nur wenige Beispiele für die DES Verwendung für Alkoholdehydrogenasen (ADHs) sind dokumentiert (darunter vor allem Veröffentlichungen aus der ersten Projektphase dieses Projektes). Dabei wurde entweder der Einsatz von DESs für die organische Synthese demonstriert, wobei eine DES Komponente als Substrakt genutzt wurde, oder zum Verständnis der Effekte von verschiedenen DESs auf die Aktivität und Stabilität eines Redox-Enzyms. Die Redox-Biokatalyse ist immer noch unterrepräsentiert für DES basierte Anwendungen, dies wird bei der interdisziplinären Aufstellung von DESiRE berücksichtigt. Insgesamt präsentiert das hier vorgestellte Folgeprojekt eine klare Strategie zur Aufklärung der Protein-DES-Wasser Interaktionen, welche essentiell ist für das Verständnis der ADH-Katalyse in DESs. Insbesondere die enge Zusammenarbeit zwischen experimentellen Methoden und molekularen Simulationen wird zu neuen Erkenntnissen auf verschiedenen Skalen führen. Des Weiteren wird dieses Folgeprojekt neue Möglichkeiten erschließen, um andere Enzymklassen im Hinblick auf den Einfluss von DESs auf ihre katalytische Performance (Aktivität, Stabilität und Selektivität) zu evaluieren.Solvent design and selection with a particular emphasis on their greenness is currently a main focus both in chemo- and biocatalysis. Biocatalysis has traditionally relied on either aqueous- or classical organic media (mainly for hydrolases), or biphasic systems thereof. In this respect, Deep Eutectic Solvents (DESs) have been identified as „the solvents of the 21st century“ and offer a new dimension as ‘Safe- and Green-by-Design’ solvents for biocatalysis. In a nutshell, DESs’ assets are based on their often biogenic origin, and their properties such as melting points below room temperature, low volatility, high thermal stability, tuneability analogous to ionic liquids, biodegradability, large availability at acceptable costs, and straightforward preparation. In particular, the high degree of freedom in designing DESs from a variety of (biogenic) substances enables the creation of a sustainable solvent platform. The enormous potential of DESs for biocatalytic applications has been mainly explored for hydrolases (EC3), after their first application demonstrated in 2008. Different then EC3 enzymes, oxidoreductases (EC1) have only rarely been employed in DESs at predominant amounts. Few examples for the use of alcohol dehydrogenases (ADHs) have been documented (mainly from our previous DFG-funded project) either to demonstrate the use of DESs for organic synthesis while using a DES component as substrate or to understand the effect of different DESs on the activity and stability of a redox enzyme. Redox biocatalysis is still underrepresented for DES-based applications which will be addressed deeply by the interdisciplinary setup of DESiRE. Overall, the here presented follow-up project represents a clear strategy to elucidate the protein-DES-water interactions, which possess a considerable potential for understanding the ADH-catalysis in DESs. Especially the close collaboration between experimental methods and molecular simulations will lead to new insights on different scales. Moreover, this follow-up project will further open new possibilities to evaluate other enzyme classes for the effects of DESs on catalytic performance (activity, stability and selectivity) of enzymes.