Alle zellulären Reaktionen werden von Proteinen (Enzymen) oder Ribonukleinsäuren (Ribozymen) katalysiert. Man kann Lebensprozesse deshalb nur verstehen, wenn man versteht, wie diese Biokatalysatoren funktionieren und durch welche molekularen Wechselwirkungen sie stabilisiert werden. Dieses Schwerpunktprogramm versucht, mit dem neuen Ansatz der gelenkten Evolution molekulare Biokatalysatoren mit neuen Eigenschaften herzustellen und zu analysieren. Dadurch können wichtige Einblicke in den Zusammenhang zwischen Sequenz, Struktur und Funktion von Enzymen und Ribozymen gewonnen und ihre natürliche Evolution besser verstanden werden. Darüber hinaus lassen sich durch gerichtete Evolution Biokatalysatoren mit maßgeschneiderten Eigenschaften für den Einsatz in industriellen Synthesen herstellen.Gerichtete Evolution imitiert Millionen von Jahren natürlicher Evolution auf der Zeitskala von Laborexperimenten und erlaubt es dabei, Biokatalysatoren in einer neuartigen Weise zu manipulieren. Zunächst werden durch Zufallsmutagenese umfangreiche Genbanken hergestellt, aus denen man dann mittels ausgefeilter Screening- und Selektionsverfahren Enzyme und Ribozyme mit neuartigen Eigenschaften isoliert. Diese werden anschließend mit modernen Methoden der Protein- und Nukleinsäurechemie, der Enzymologie, der Strukturbiologie und der theoretischen Chemie im Detail charakterisiert. Im Gegensatz zum traditionellen rationalen Design erfordert gerichtete Evolution kein a priori -Wissen über die Struktur oder den Mechanismus eines Biokatalysators und ist zudem sehr instruktiv, da sie oft unerwartete Lösungen jenseits der Ausgangshypothese liefert.Konkret soll das Schwerpunktprogramm Antworten auf folgende Fragen geben:-- Wo liegen die Möglichkeiten und Grenzen für die Optimierung von Enzymen und Ribozymen?-- Existieren gemeinsame Prinzipien in der Katalyse durch Enzyme und Ribozyme?-- Welches Maß an konformationeller Flexibilität und Stabilität ist für eine optimale Katalyse erforderlich?-- Worin liegt die strukturelle Grundlage der Substrat- und Stereo-Selektivität von Biokatalysatoren begründet?
