Procedimiento para la producción de isoprenol a partir de mevalonato, empleando una difosfomevalonato descarboxilasa.

Un método para la producción de isoprenol, caracterizado por que comprende la etapa de convertir mevalonato con una enzima que tiene la actividad de una difosfomevalonato descarboxilasa (EC 4.1.1.33) en isoprenol

Procedimiento para la producción de isoprenol a partir de mevalonato, empleando una difosfomevalonato descarboxilasa.

La presente invención se refiere a un método para la producción de isoprenol utilizando mevalonato como sustrato y convirtiéndolo enzimáticamente en isoprenol mediante una etapa de descarboxilación. La presente invención también se refiere al uso de una enzima que tiene la actividad de una difosfomevalonato descarboxilasa (EC 4.1.1.33) para la producción de isoprenol a partir de mevalonato. Además de ello, la presente invención se refiere a un método para la producción de isopreno, comprendiendo el método para la producción de isoprenol utilizando mevalonato como sustrato y convirtiéndolo enzimáticamente en isoprenol mediante una etapa de descarboxilación y que comprende, además, la etapa de convertir el isoprenol producido en isopreno. La presente invención también se refiere a un método para la producción de alcohol isoamílico que comprende el método para la producción de isoprenol utilizando mevalonato como sustrato y convirtiéndolo enzimáticamente en isoprenol mediante una etapa de descarboxilación en isoprenol y que comprende, además, la etapa de convertir el isoprenol producido en alcohol isoamílico.

Isoprenol responde a la fórmula C5H10O. Se puede utilizar para producir prenol, que se utiliza en perfumes o como un bloque de construcción en la industria farmacéutica. Es producido por la condensación química de isobuteno y formaldehído, que conduce a isoprenol que se isomeriza adicionalmente para formar prenol. La ruta que se utiliza actualmente para producir isoprenol implica la vía del mevalonato: se produce mevalonato y, a continuación, se difosforila, después se descarboxila-deshidrata en pirofosfato de isoprenilo, y finalmente se desfosforila dos veces para dar isoprenol (solicitud de patente de EE.UU. 20080092829) .

El documento de NABETA, K. ET AL.: “Metabolism of RS-Mevalonic Acid-6, 6, 6-2H3by in Vitro Callus Culture of Perilla sp.” (AGRICULTURAL AND BIOLOGICAL CHEMISTRY, vol. 49, nº 10, 1985, páginas 3039-3040) describe un procedimiento para la preparación de isoprenol, que comprende la conversión de mevalonato en isoprenol, empleando un cultivo del tejido del callo derivado de Perilla sp.

Isoprenol se puede convertir en isopreno que es un compuesto clave para la industria del neumático, y también tiene muchas aplicaciones en los adhesivos. Se produce químicamente utilizando varias rutas:

-Destilación extractiva del petróleo (corte C5)

-Deshidrogenación de iso-amileno

-Doble deshidrogenación de isopentano

- Reacción de isobuteno y formaldehido

- Reacción de acetona y acetileno

-Dimerización de propileno

El documento WO 2009/076676 informa de una vía metabólica para formar isopreno. La vía se basa en la desfosforilación-deshidratación de productos intermedios aguas abajo en la vía del mevalonato, es decir, pirofosfato de isoprenilo o pirofosfato de prenilo. Este proceso tiene el inconveniente de requerir recorrer toda la vía del mevalonato: doble fosforilación de mevalonato, seguida de una descarboxilación-deshidratación en pirofosfato de isoprenilo, adicionalmente isomerizado para formar pirofosfato de prenilo y, finalmente, doble desfosforilación/deshidratación para dar isopreno. Alcohol isoamílico es un producto químico muy importante, comúnmente utilizado como disolventes para grasas, aceites, resinas y alcaloides. Existe una demanda de alcohol isoamílico en la industria de la perfumería, por ejemplo en la fabricación de salicilato de isoamilo utilizado en jabón y fragancias cosméticas. También se utiliza en la fabricación de ácido fosfórico. Además de ello, se utiliza en la síntesis de piretroides. Los procesos comerciales para la producción de alcohol isoamílico incluyen el fraccionamiento de aceites de fusel, la cloración de alcanos con subsiguiente hidrólisis para producir una mezcla de isómeros y un oxo-proceso a baja presión o la hidroformilación de n-butenos, seguida de hidrogenación del iso-valeraldehído resultante. Existe una necesidad de proporcionar métodos no contaminantes, económicos y sencillos para producir los compuestos mencionados anteriormente. Esta necesidad se satisface mediante la materia objeto tal como se expone en las reivindicaciones.

Por lo tanto, en un primer aspecto, la presente invención se refiere a un método para producir isoprenol a partir de mevalonato. En particular, la presente invención se refiere a un método para producir isoprenol a partir de mevalonato, que se caracteriza por una conversión de mevalonato con una enzima que tiene la actividad de una difosfomevalonato descarboxilasa (EC 4.1.1.33) . Por lo tanto, el método comprende la descarboxilación catalizada enzimáticamente de mevalonato. El término "descarboxilación", cuando se utiliza en el contexto de la presente invención, se refiere a una descarboxilación deshidratante.

El término "mevalonato" comprende ácido mevalónico, así como el anión de ácido mevalónico, que es la forma predominante en medios biológicos. Ã?cido mevalónico es un precursor en la vía biosintética, conocida como la vía del mevalonato, que produce terpenos y esteroides. Mevalonato es el precursor principal de pirofosfato de isoprenilo, que es a su vez la base para todos los terpenoides. La fórmula estructural de ácido mevalónico se muestra en la Figura 1.

En el contexto de la presente invención, el término isoprenol comprende compuestos que responden a la fórmula C5H10O. El nombre IUPAC de isoprenol es 3-metilbut-3-en-1-ol. Sinónimos de isoprenol son, por ejemplo, 2-metil-1buten-4-ol, 3-buten-1-ol-3-metílo, alcohol 3-isopentenílico, 3-metil-3-buten-1-ol, isobutenilcarbinol, alcohol isopropeniletílico y metalil carbinol.

La expresión "enzima que tiene la actividad de una difosfomevalonato descarboxilasa (EC 4.1.1.33) " en el contexto de la presente invención se refiere a una enzima que es capaz de descarboxilar mevalonato, en particular de acuerdo con el esquema de reacción dado en la Figura 2. La reacción catalizada es una deshidratación y descarboxilación simultáneas. Esta actividad enzimática se puede medir como se describe en los Ejemplos 1 ó 7 adjuntos. La enzima que tiene la actividad de una difosfomevalonato descarboxilasa (EC 4.1.1.33) es una enzima que se clasifica como una difosfomevalonato descarboxilasa o es una enzima que se deriva de una enzima de este tipo y que tiene la capacidad de descarboxilar mevalonato a fin de producir isoprenol. Difosfomevalonato descarboxilasa está clasificada con el número EC 4.1.1.33. Una difosfomevalonato descarboxilasa es capaz de catalizar la descarboxilación de mevalonato difosfato. En esta reacción, ATP y 5-difosfomevalonato se convierten en ADP, fosfato, pirofosfato de isoprenilo y CO2. La reacción catalizada por una difosfomevalonato descarboxilasa se muestra en la Figura 2. La actividad de una difosfomevalonato descarboxilasa se puede medir de acuerdo con métodos conocidos en la técnica, p. ej., en Reardon et al. (Biochemistr y 26 (1987) , 4717-4722) . Preferiblemente, la actividad se mide como se describe en el Ejemplo 1 ó 7 en el que se utiliza difosfomevalonato en lugar de mevalonato. Se ha informado que, al menos en algunos casos, la reacción es dependiente de cationes divalentes (véase, p. ej., Krepkiy et al., Protein Science 13 (2004) , 1875-1881; Michihara et al, Biol. Pharm. Bull. 25 (2002) , 302-306) . Difosfomevalonato descarboxilasa es una enzima que, en su función natural, es parte de la vía del mevalonato para la síntesis de isoprenoides en bacterias y de la vía de biosíntesis de esterol en eucariotas. Se ha identificado y aislado a partir de diversos organismos tales como animales, hongos, levaduras y bacterias. También se expresa en determinadas plantas. La estructura tridimensional de varias difosfomevalonato descarboxilasas ya ha sido determinada (véase, p. ej., Byres et al. (J. Mol. Biol. 371 (2007) , 540-553) ; Bonanno et al. (Proc. Natl Acad. Sci. USA 98 (2001) , 12896-12901) ; Voynova et al., Archives of Biochemistr y and Biophysics 480 (2008) , 58-67) ) y está disponible un considerable conocimiento acerca de su sitio activo, residuos aminoácidos cruciales para la reacción catalítica y la reacción enzimática real (véase, p. ej., Byres et al. (J. Mol. Biol. 371 (2007) , 540-553) ; Bonanno et al. (Proc. Natl Acad. Sci. USA 98 (2001) , 12896-12901) ) . En la mayoría de los casos la enzima está compuesta de aproximadamente 300 a 400 aminoácidos y utiliza ATP como co-sustrato, el cual se convierte durante la reacción de descarboxilación en ADP y fosfato inorgánico. Difosfomevalonato descarboxilasas se han descrito para diversos organismos y también secuencias... [Seguir leyendo]

1. Un método para la producción de isoprenol, caracterizado por que comprende la etapa de convertir mevalonato con una enzima que tiene la actividad de una difosfomevalonato descarboxilasa (EC 4.1.1.33) en isoprenol.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la enzima que tiene la actividad de una difosfomevalonato descarboxilasa comprende una secuencia de aminoácidos seleccionada del grupo que consiste en las secuencias de aminoácidos mostradas en SEQ ID NOs: 1 a 16, o es una enzima que comprende una secuencia de aminoácidos que es al menos 15% idéntica a una secuencia de aminoácidos seleccionada del grupo que consiste en las secuencias de aminoácidos mostradas en SEQ ID NOs: 1 a 16, y que muestra la actividad enzimática de una difosfomevalonato descarboxilasa.

3. El método de la reivindicación 2, en el que la enzima que tiene la actividad de una difosfomevalonato descarboxilasa comprende la secuencia de aminoácidos de SEQ ID NO: 6, 16, 17, 18 ó 19, o es una enzima que comprende una secuencia de aminoácidos que es al menos 30% idéntica a la secuencia de aminoácidos de SEQ ID NO: 6, 16, 17, 18 ó 19, y que muestra la actividad enzimática de una difosfomevalonato descarboxilasa.

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que se lleva a cabo in vitro.

5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que se añade un co-sustrato.

6. El método de la reivindicación 5, en el que el co-sustrato es ATP, un rNTP, un dNTP, un polifosfato o pirofosfato, o una mezcla de cualquiera de estos compuestos.

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que se caracteriza por que la conversión enzimática se realiza por un organismo que expresa una enzima, que es capaz de catalizar la descarboxilación de mevalonato en isoprenol, y en el que dicha enzima es una enzima que tiene la actividad de una difosfomevalonato descarboxilasa (EC 4.1.1.33) .

8. Uso de una enzima que tiene la actividad de una difosfomevalonato descarboxilasa (EC 4.1.1.33) para producir isoprenol a partir de mevalonato, mediante la descarboxilación de mevalonato.

9. Un método para producir isopreno a partir de mevalonato, que comprende el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 y que comprende, además, la etapa de convertir el isoprenol producido en isopreno.

10. Un método para producir alcohol isoamílico a partir de mevalonato, que comprende el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 y que comprende, además, la etapa de convertir el isoprenol producido en alcohol isoamílico.