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Yes / Stereoselective biocatalysis by crotonase superfamily enzymes is exemplified by use of engineered 5-carboxymethylproline synthases (CMPSs) for preparation of functionalized 5-carboxymethylproline (5-CMP) derivatives methylated at two positions (i.e. C2/C6, C3/C6 and C5/C6), including products with a quaternary centre, from appropriately-substituted-amino acid aldehydes and C-2 epimeric methylmalonyl-CoA. The enzymatically-produced disubstituted 5-CMPs were converted by carbapenam synthetase into methylated bicyclic Β-lactams, which manifest improved hydrolytic stability compared to the unsubstituted carbapenams. The results highlight the use of modi-fied carbapenem biosynthesis enzymes for production of new carbapenams with improved properties. / Medical Research Council, Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BB/L000121/1)

The creation of artificial enzymes to catalyze desired reactions is a major goal of computational protein design. However, de novo enzymes display low catalytic efficiencies, requiring the introduction of activity-enhancing active site and distal mutations through directed evolution. A better understanding of how mutations introduced by directed evolution contribute to increased enzymatic activity will guide the development of design methods such that efficient enzymes can be designed de novo. Here, we evaluate the structural, functional, and dynamical impacts of active site and distal mutations introduced by directed evolution of the de novo retro-aldolase RA95, an enzyme that presents an important case study in enzyme design due to the significant structural remodelling that was observed during evolution. We observe that the variant RA95-Core, containing only active site mutations introduced by directed evolution, displays activity within one order of magnitude of the fully evolved variant. This suggests that computational enzyme design methods can be improved to create much more efficient enzymes than what was previously achieved in RA95. However, structural changes induced by distal mutations prevent computational recapitulation of the evolved active site on the original design template, indicating that the optimized active site identified through directed evolution could not have been designed de novo using current design methodologies. We suggest strategies for the incorporation of backbone remodelling into design procedures that would allow recapitulation of the evolved retro-aldolase active site, as well as the de novo design of highly efficient enzymes without the need for optimization by directed evolution.

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The search for alternatives to oil-based monomers has sparked interest for scientists to focus on the use of renewable resources for energy production, for the synthesis of polymeric materials and in other areas. With the use of renewable resources, scientists face new challenges to first isolate interesting molecules and then to process them. Enzymes are nature’s own powerful catalysts and display a variety of activities. They regulate important functions in life. They can also be used for chemical synthesis due to their efficiency, selectivity and mild reaction conditions. The selectivity of the enzyme allows specific reactions enabling the design of building blocks for polymers. In the work presented here, a lipase (Candida antarctica lipase B (CalB)) was used to produce building blocks for polymers. An efficient route was developed to selectively process epoxy-functional fatty acids into resins with a variety of functional groups (maleimide, oxetane, thiol, methacrylate). These oligoester structures, based on epoxy fatty acids from birch bark and vegetable oils, could be selectively cured to form thermosets with tailored properties. The specificity of an esterase with acyl transfer activity from Mycobacterium smegmatis (MsAcT) was altered by rational design. The produced variants increased the substrate scope and were then used to synthesize amides in water, where the wild type showed no conversion. A synthetic procedure was developed to form mixed dicarboxylic esters by selectively reacting only one side of divinyl adipate in order to introduce additional functional groups. / <p>QC 20170823</p>

Biokatalys medför ett alternativt tillvägagångsätt för att kunna utforska och utveckla kemiskt syntetiserade vägar för produktionen av eftertraktade kemikalier, där hållbarhet och miljön tas till beaktan. I denna studie undersöktes potentialen av en enzymatisk kaskad för produktion av 5-hydroximetylfurfurylamin (HMFA). HMFA är en förening med tillämpningar inom flera industrier som till exempel jordbruks- och läkemedelsindustrin. Den enzymatiska kaskaden består av två reaktioner, varav den första involverar dekarboxylering av lysin med användning av lysindekarboxylas för att producera en så kallad ”smart amindonator” kadaverin. Den andra reaktionen i kaskaden består utav ett transaminas från Silicibacter pomeroyi (SpTA) som konverterarar 5-hydroximetylfurfuryl (HMF) till HMFA med hjälp av det framkallade kadaverinet från den första reaktionen i kaskaden. En enzymatisk kaskad tillåter mildare reaktionsbetingelser, mindre avfall och energisnål användning som därmed minskar miljöpåverkan samtidigt som det beaktar några av dem 12 principerna av grön kemi. Det uppstod utmaningar som hindrade slutförandet av den enzymatiska kaskaden, men trots detta erhölls värdefulla insikter. Denna studie belyser de invecklade reaktionsmekanismerna och några av de svårigheterna med immobilisering av enzym på EziG bärare. Trots att den avsedda kaskaden inte slutfördes, gav lärdomarna nya perspektiv samt potentiella områden att fortsätta undersöka för framtida framsteg inom biokatalys. / Biocatalysis is a promising alternative to chemical synthesis routes for high value chemicals which considers the sustainability and environmental aspect. In this study the feasibility of utilizing an enzymatic cascade for the production of 5-hydroxymethylfurfurylamine (HMFA) was explored. HMFA is a compound with diverse applications in industries such as agriculture and pharmaceuticals. The cascade consists of two main reactions, the first of which involves the decarboxylation of lysine using a lysine decarboxylase to produce cadaverine. The cadaverine produced will then be utilized as an amine donor in the second reaction, which involves the use of a transaminase derived from Silicibacter pomeroyi (SpTA) together with 5-hydroxymethylfurfural (HMF). This cascade considers the principals of green chemistry such as milder reaction conditions and less waste, hence aiming to reduce the environmental impact. Although there were challenges preventing the completion of the enzymatic cascade, valuable insights were gained. The contribution of this study sheds light on the intricate reaction mechanisms and some of the key difficulties with enzyme immobilisation. While the intended cascade was not finalized, the lessons learned will provide for new perspectives and potential future advancements in biocatalysis.

In der heutigen chemisch-pharmazeutischen Industrie sind Biokatalysen nicht mehr wegzudenken. Abhängig von der zu realisierenden Biotransformation, wurden signifikante Limitationen vor allem bei der Umwandlung von hydrophoben Substraten identifiziert. Wässrige und organische Einphasenreaktionssysteme treffen hier sehr schnell an ihre Grenzen, sodass nur geringe Ausbeuten realisierbar sind. Eine Alternative stellen mehrphasige Reaktionssysteme dar, wobei hier grundlegend klassische 2-Phasensysteme und Emulsionen unterschieden werden können. Mit Hilfe dieser alternativen Systeme können die bereits genannten Limitationen überwunden werden. Pickering Emulsionen stellen einen Spezialfall der klassischen Tensid stabilisierten Emulsion dar, wobei hier Nano- und Mikropartikel als Stabilisatoren die Tenside an der Tröpfchengrenzfläche ersetzen. Pickering Emulsionen stellen hoch dynamische Systeme dar und trotz kontinuierlicher Forschung auf diesem Gebiet bleiben bisher grundlegende Frage ungeklärt: Welche Parameter für bioaktive w/o Pickering Emulsionen wie Lösungsmittelkomposition, deren Phasenverhältnis, Partikelcharakteristika und -menge, Dispergierverfahren, als auch die Biokatalysatorkonzentration haben auf die Dispersität und Stabilität der Pickering Emulsionen den größten Effekt? Lässt sich eine Vielzahl von Biokatalysatoren in diesem Reaktionssystem einsetzen? Kurzum, eignen sich Wasser in Öl (w/o) Pickering Emulsionen als universelle Reaktionssysteme für effiziente Biokatalysen und stellen somit eine Plattformtechnologie dar? In dieser Studie konnte gezeigt werden, nahezu alle organischen Lösungsmittel, insbesondere leicht wassermischbare Vertreter, können w/o Pickering Emulsionen ausbilden. Ebenso ist eine Stabilisierung sowohl durch Naturstoffpartikel als auch durch hydrophobe und hydrophile Silicon-Compositpartikel realisierbar. In einer umfassenden Charakterisierung der typischen Stellräder für Emulsionen wurden kommerziell erhältliche Lipasen als bioaktive Komponenten zugesetzt, da diese die meistgenutzten Biokatalysatoren in diesem System darstellen. Die Veränderungen der Emulsionsstabilität und Tröpfchengrößen, als Maß der Dispersität, wurden über 24 Stunden erfasst. Hierbei wurde ein maßgebender Einfluss der Proteinkomponente gegenüber allen anderen Parametern wie Partikelmenge, Phasenverhältnis und Dispersionsgeschwindigkeit festgestellt. Proteine mit ihrer amphiphilen Oberflächenbeschaffenheit sind somit nicht nur als Biokatalysatoren, sondern auch als zusätzliche Nanopartikel zu betrachten, die gemeinsam mit hydrophoben Partikeln einen synergetischen und normalisierenden Effekt auf Tröpfchengrößen und Emulsionsstabilität ausüben. Jedoch waren durch Proteinzugabe auch negative Effekte wie Nicht-Etablierung der Emulsion oder eine Phasenumkehr im zeitlichen Verlauf auslösbar, wenn eine Grenzkonzentration überschritten wurde. Hinsichtlich der (bio)chemischen Charakterisierung von enzymbeladenen w/o Pickering Emulsionen konnte deutlich gezeigt werden, kleinere Tröpfchendurchmesser führen zu erhöhten Enzymaktivitäten und besseren Ausbeuten. Im moderat gerührten Batchreaktor wurde die volumetrische Raum-Zeit-Ausbeute um 500% bis 1100% gegenüber dem konventionellen 2 Phasen- und mikroaquatischen Reaktionssystem verbessert. Beim Einsatz von ganzen Zellen im Vergleich zum freien Enzym wurde mit normierter Biokatalysatoraktivität eine Verbesserung auf 130% bis 220% erzielt. Als beste Herstellungsmethodiken konnten das Dispergieren über Schütteln und Zahnkranzdispergierer ermittelt werden. Grenzflächentoxizität, als oft diskutierter Vorgang in Mehrphasensystemen, spielte auch in bioaktiven w/o Pickering Emulsionen eine wichtige Rolle. Es konnte gezeigt werden, hydrophilere Lösungsmittel, wie 2 Methyltetrahydrofuran, sorgten für eine minimierte Grenzflächendenaturierung der Proteine. Hingegen denaturierten hydrophobere Vertreter wie Cyclopentylmethylether und Cyclooctadien einen erheblichen Anteil des gelösten Proteins an der Grenzfläche. Eine eventuelle Kontamination der organischen Produktphase mit gentechnisch veränderten Enzymen durch assimiliertes Protein wurde ebenfalls untersucht. Es konnten geringe gelöste Proteinmengen festgestellt werden, wobei die Spannweite der gelösten Mengen 1 – 4% der Proteingesamtmenge betrug. Hydrophobere Lösungsmittel nahmen generell weniger Protein auf. Für die Evaluation der Verteilung von Substraten und Produkten zwischen beiden flüssigen und der festen Phase der Pickering Emulsion wurden exemplarisch das hydrophilste Substrat und das hydrophobste Produkt getestet. Es wurde keine signifikante Diffusion der gelösten Stoffe in die wässrige bzw. feste Phase ermittelt, insofern konnte eine dauerhaft hohe Bioverfügbarkeit der Substrate in der organischen Phase angenommen werden. Im gerührten Batch konnte eine Übertragung von Ionen zwischen den Dispersionströpfchen nur mit Hilfe von gelstabilisierten Dispersionströpfchen Einhalt geboten werden. Über derartige Modifikationen kann nun auch der Einsatz von mehreren Biokatalysatoren mit verschiedenen pH-Optima und Puffer-Präferenzen verwirklicht werden. Weiterhin konnte die disperse Phase auch gegen stark eutektische Lösungsmittel ausgetauscht werden, sodass Pickering Emulsionen auch als annähernd wasserfreie Reaktionssysteme nutzbar erschienen. In der Risiko- und Anwendungsanalyse über drei Enzymklassen mit drei als „grüner“ klassifizierten Lösungsmitteln in abgestuften Hydrophobizitäten, erwies sich Cyclopentylmethylether als das Lösungsmittel der Wahl für die Etablierung bioaktiver w/o Pickering Emulsionen. Bei der Anwendung verschiedener Biokatalysator-Phänotypen in verschiedenen Reaktionssystemen und Lösungsmitteln, kristallisierten sich bioaktive w/o Pickering Emulsion in Cyclopentylmethylether als produktivstes System heraus. Jedoch wurden bei allen Versuchen inaktivierende Vorgänge auf die verschiedenen Biokatalysatoren beobachtet, wobei Enzyme mit einer augenscheinlichen Gleichverteilung von hydrophoben und hydrophilen Aminosäureresten auf ihrer Oberfläche deutlich bessere Ergebnisse zeigten. In der Anwendung von freiem Enzym und Ganzzell-Biokatalysator, bei normierter Gesamtaktivität, resultierten für den Einsatz in bioaktiven Pickering Emulsionen die ganzen Zellen als beste Biokatalysator-Formulierung. Es wurde signifikant höhere Produktivität sowie auch 300% kleinere Tröpfchen der dispergierten Phase erreicht. Die Modularisierung von Biokatalysen gegenüber One-Pot-Synthesen zeigte ebenfalls deutliche Vorteile in den Kennzahlen der durchgeführten Biotransformation, wobei der jeweilige Prozessschritt an den Biokatalysator angepasst und so ein Optimum an Effizienz erreicht werden kann. Auf diese Weise können biokatalytische Umwandlungen kombiniert werden, die sich im One-Pot-System durch Inhibierungen der angewandten Biokatalysatoren ausschließen würden.:Vorwort/ Danksagung I Zusammenfassung III Abstract VII Liste der Publikationen XIV Abkürzungsverzeichnis und Symbole XIV 1 Einleitung 1 1.1 Biokatalysatoren – Generelle Aspekte und spezielle Vertreter 1 1.2 Angewandte Biokatalyse in Ein-und Mehrphasen-Reaktionssystemen 6 1.3 Pickering Emulsionen - Stand der Technik 14 1.4 Zielstellung der Arbeit: Optimierte bioaktive w/o Pickering Emulsionen 16 2 Material & Methoden 17 2.1 Material 17 2.1.1 Geräte & Zubehör 17 2.1.2 Chemikalien & Kits 19 2.1.3 Puffer 21 2.1.4 Enzyme 22 2.2 Proteinchemische Methoden 22 2.2.1 Bestimmung der Proteinkonzentration - BCA-Test 22 2.2.2 Bestimmung der Proteingröße und -reinheit - SDS-Polyacrylamidgelelektro- phorese (SDS – PAGE) 23 2.2.3 Photometrische Aktivitätsbestimmungen in wässrigem Milieu 24 2.2.4 Zusammenfassung Enzym-Charakteristika 27 2.3 w/o Pickering Emulsion – Essentielle Komponenten und Modifikationen 29 2.3.1 Definition des w/o PE-Standardsystems 29 2.3.2 Partikel zur Stabilisierung von w/o Pickering Emulsionen 29 2.3.3 Siliconbeschichtung von hydrophilen Partikeln und Bakterien 31 2.3.4 Bestimmung der Morphologie und Tröpfchengrößenverteilung 32 2.3.5 Lösungsmittelscreening 33 2.3.6 Phasen-Migration von Proteinen 34 2.3.7 Verteilungskoeffizienten von Substraten und Produkten im triphasischen Reaktionssystem Pickering Emulsion 34 2.4 Biokatalyse in Pickering Emulsionen 35 2.4.1 Bioaktive w/o PE - Definition des Standard-Reaktionssystems 35 2.4.2 Biokompatibilität „grüner“ Lösungsmittel 36 2.4.3 GC – Analytik 38 2.5 Statistische Auswertung der Experimente 40 2.5.1 Gewichteter Mittelwert, interne und externe Konsistenz 40 2.5.2 Lösungsmittelscreening: statistische Auswertung 41 3 Ergebnisse und Diskussion 42 3.1 Modifizierung von Nano-, Mikro- und Naturstoffpartikeln durch Siliconbeschichtung und Anwendungsscreening in w/o PE 42 3.1.1 Hydrophobizität der Silicon-Polymere 42 3.1.2 Morphologie von anorganischen Partikel-Materialien mit und ohne Silicon- Beschichtung 43 3.1.3 Morphologie von Naturstoff-Partikeln mit und ohne Silicon-Beschichtung 47 3.1.4 Partikel-Aggregation und Gegenmaßnahmen 51 3.1.5 Partikel-Screening 53 3.2 Charakterisierung von w/o Pickering Emulsionen im gerührten Batch 59 3.2.1 Pickering Emulsionen in biokatalytisch relevanten organischen Lösungs- mitteln 59 3.2.2 Bioaktive w/o PE - Auswirkung von Enzym – und Proteinmengen 66 3.2.3 Bioaktive w/o PE - Effekte der eingesetzten Partikelkonzentrationen 68 3.2.4 Bioaktive w/o PE - Einfluss der Phasenverhältnisse 70 3.2.5 Bioaktive w/o PE - Einfluss der angewandten Dispergiergeschwindigkeit 71 3.2.6 Bioaktive w/o PE - Herstellungsverfahren und Einfluss auf das Enzym 73 3.2.7 Vergleich 2-Phasensystem und bioaktive w/o Pickering Emulsion im gerührten Batch 75 3.2.8 Tröpfchengröße und Einfluss auf Produktbildung des PE-Systems 77 3.2.9 Phasen-Migration von Proteinen - Evaluation von Enzymwechselwirkungen mit dem Reaktionssystem 79 3.2.10 Verteilungskoeffizienten von Substraten und Produkten in den Standard– Reaktionssystemen 81 3.2.11 Protonen-Transfer zwischen zwei dispergierten Phasen in w/o Pickering Emulsionen 82 3.2.12 Alternative DES/o Pickering Emulsionen für wasserfreie Systeme 83 3.3 Bioaktive w/o Pickering Emulsion: Einschritt-Synthesen 84 3.3.1 Lipasenkatalysierte Umesterung in wässrigem Milieu 84 3.3.2 Carboligation mittels Benzaldehydlyase 86 3.3.3 Reduktionen via Alkoholdehydrogenasen 95 3.3.4 Transaminase 106 3.4 Bioaktive w/o Pickering Emulsionen: Mehrschritt-Synthesen 112 3.4.1 One-Pot-Biokatalyse gegen modularisierte Mehrschritt-Chemo-Biokatalyse 112 4 Bioaktive w/o Pickering Emulsionen als Reaktionssystem für Biokatalysen: Zusammenfassung & Bewertung 117 5 Plattform w/o Pickering Emulsion: Schlussfolgerung und Ausblick 130 6 Literatur 131 Anhang 150 Versicherung 150 Abbildungsverzeichnis 151 Tabellenverzeichnis 158 Download Datensammlung 164 A3.1.5 TMODS-Silicat-NP-Benchmark 165 A3.2.1-1 Lösungsmittel-Screening: physiko-chemische Eigenschaften 167 A3.2.1-2 Regressionsanalyse: Qualität PE gegen alle physiko-chemischen Eigenschaften 171 A3.2.1-3 Optimierte Regressionsanalyse: Qualität PE gegen Molekulargewicht, Dichte und Dampfdruck 173 A3.2.3 Auswirkungen von Protein- und Enzymmengen 175 A3.2.4 Effekte der eingesetzten Partikelmengen 175 A3.2.5 Einfluss der Phasenverhältnisse 176 A3.2.6 Einfluss der angewandten Dispersionsgeschwindigkeit/ -energie 176 A3.3.1 Lipasenkatalysierte Umesterung 177

Den nära förestående bristen på fossila resurser i kombination med deras associerade miljöfarlighet betonar behovet av utveckling av alternativa, mer hållbara kemikalier. I denna studie utvecklades en enzymatisk kaskad för förädling av 5-(hydroxymetyl)furfural (HMF) till 5-(aminometyl)-2-furfuraldehyd (AMFA). Kaskaden omfattar transaminering av HMF till 5-(hydroxymetyl)furfurylamin (HMFA) följt av oxidation av HMFA till AMFA. Transaminas från Silicibacter pomeroyi (SpATA) immobiliserades via his6-taggar på EziG-proteinbärare från EnginZyme AB. Proteinbärarna placerades i spin-kolonner under transamineringen vilket möjliggjorde omhändertagande av SpATA efter transamineringen av HMF. För oxidationen utvärderades alkoholdyhydrogenas från Thermoanaerobacter brockii och hästlever samt galaktosoxidas från Dactylium dendroides (GOase). Omsättning och produktbildning analyserades med HPLC. Resultaten indikerar att SpATA effektivt katalyserar transamineringen av HMF, att alkohol dehydrogenasen inte förmår katalysera oxidationen av HMF till HMFA och att galaktosoxidaset kan oxidera HMFA med hög omsättning vilket leder oss att tro att den föreslagna kaskaden för förädling av HMF till AMFA är möjlig. / The imminent shortage of fossil resources coupled with their associated environmental hazards stresses the need for the development of alternative, more sustainable chemicals. In this study an enzymatic cascade was developed for the valorisation of 5-(hydroxymethyl)furfural (HMF) into 5-(aminomethyl)-2-furfuraldehyde (AMFA). The cascade involves the transamination of HMF into 5-(hydroxymethyl)furfurylamine (HMFA) followed by the oxidation of HMFA into AMFA. Transaminases from Silicibacter pomeroyi (SpATA) was immobilised via his6-tags onto EziG-protein carriers from EnginZyme AB. The protein carriers were placed in spin-columns during the transamination which allowed for salvaging of the SpATA after the transamination of HMF. For the oxidation, alcohol dehydrogenases from Thermoanaerobacter brockii and horse liver as well as galactose oxidase from Dactylium dendroides (GOase) were evaluated. The conversion and product formation were analysed by HPLC. The results indicate that the SpATA efficiently catalyses the transamination of HMF, that the alcohol dehydrogenases are not able to catalyse the oxidation of HMF nor HMFA and that the GOase can oxidize HMFA with high conversion which leads us to believe that the proposed cascade for the valorisation of HMF to AMFA is feasible.

Doctor of Philosophy / Department of Chemical Engineering / Peter H. Pfromm / One area of considerable importance in modern biotechnology is the preparation of highly active and selective enzyme based biocatalysts for applications in organic solvents. A major challenge is posed by the tendency of enzymes to cluster when suspended in organic solvents. Because the clusters obstruct the transport of substrates to the active site of the enzyme, the observed activity is often severely reduced. Over the past two decades, many strategies have been proposed to mitigate this problem. We have tackled this major hurdle by devising an immobilization strategy that utilizes fumed silica as carrier for the enzyme molecules. Fumed silica is a non-porous nanoparticulated fractal aggregate with unique absorptive properties. The enzyme/fumed silica preparation is formed in two steps. The buffered enzyme molecules are physically adsorbed on the fumed silica and then lyophilized. This protocol was shown to be successful with two enzymes of industrial relevance, Candida antarctica Lipase B (CALB) and subtilisin Carlsberg. The maximum observed catalytic activity in hexane reached or even exceeded commercial immobilizates and nonbuffer salt based preparations. The results demonstrated that catalytic activity has an intricate relationship with the nominal surface coverage (%SC) of the support by the enzyme molecules. s. Carlsberg exhibited an ever increasing activity as more surface area was provided per enzyme molecule. The activity leveled off when a sparse surface population was reached. CALB showed a maximum in catalytic activity at an intermediate surface coverage with steep decreases at both lower and higher surface coverage. It was shown that this maximum results from the presence of three distinct surface loading regimes after lyophilization: 1. a low surface coverage where opportunities for multi-attachment to the surface likely lead to detrimental conformational changes, 2. an intermediate surface coverage where interactions with neighboring proteins and the surface help to maintain a higher population of catalytically competent enzyme molecules, and 3. a multi-layer coverage where mass transfer limitations lead to a decrease in the apparent catalytic activity. Conformational stability analyses with both fluorescence and CD spectroscopy showed evidence that these regimes are most likely formed during the adsorption step of our protocol. A low conformational stability region was detected at low surface coverage while adsorbates with highly stable enzyme ensembles were observed at high surface coverage. Secondary structural analysis of the lyophilized nanobiocatalysts with FTIR confirmed a substantial decrease in the alpha-helical components at low surface coverage. In summary, the work presented here traces the phenomenological observation of the catalytic behavior of a nanobiocatalyst to molecular-level: enzyme-enzyme and enzyme-support interactions, which are specific to the intricate properties of the enzyme molecules.

Epoxide hydrolase I from Solanum tuberosum (StEH1) and isolated variants thereof has been studied for mapping structure-function relationships with the ultimate goal of being able to in silico predict modifications needed for a certain activity or selectivity. To solve this, directed evoultion using CASTing and an ISM approach was applied to improve selectivity towards either of the enantiomeric product diols from (2,3-epoxypropyl)benzene (1). A set of variants showing a range of activites and selectivities was isolated and characterized to show that both enantio- and regioselectivity was changed thus the enrichment in product purity was not solely due to kinetic resolution but also enantioconvergence. Chosen library residues do also influence selectivity and activity for other structurally similar epoxides styrene oxide (2), trans-2-methyl styrene oxide (3) and trans-stilbene oxide (5), despite these not being selected for.    The isolated hits were used to study varying selectivity and activity with different epoxides. The complex kinetic behaviour observed was combined with X-ray crystallization and QM/MM studies, powerful tools in trying to explain structure-function relationships. Crystal structures were solved for all isolated variants adding accuracy to the EVB calculations and the theoretical models did successfully reproduce experimental data for activities and selectivities in most cases for 2 and 5.  Major findings from calculations were that regioselectivity is not always determined in the alkylation step and for smaller and more flexible epoxides additional binding modes are possible, complicating predictions and the reaction scheme further. Involved residues for the catalytic mechanism were confirmed and a highly conserved histidine was found to have major influence on activity thus suggesting an expansion of the catalytic triad to also include H104. Docking of 1 into the active site of the solved crystal structures was performed in an attempt to rationalize regioselectivity from binding. This was indeed successful and an additional binding mode was identified, involving F33 and F189, both residues targeted for engineering. For biocatalytic purpose the enzyme were was successfully immobilized on alumina oxide membranes to function in a two-step biocatalytic reaction with immobilized alcoholdehydrogenase A from Rhodococcus ruber, producing 2-hydroxyacetophenone from racemic 2.