Przemysłowe zastosowania enzymów

Slides:



Advertisements
Podobne prezentacje
Sterowanie metabolizmem
Advertisements

Immobilizacja biokatalizatorów
Reakcje tlenku węgla - karbonylowanie
Czy mikroby mogą być dla nas przydatne?!?
Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu
Środki o działaniu przeciwdrobnoustrojowym
WIRUSY.
Mikrobiologia przemysłowa
Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów
Projektowanie metabolizmu
Znajomość metabolizmu podstawą planowania procesu biotechnologicznego
Enzymologia-2 Oczyszczanie enzymów.
Przemysłowe zastosowania enzymów
Aktywność katalityczna enzymów
Określanie mechanizmów reakcji enzymatycznych
Medyczne aspekty enzymologii
Aktywność katalityczna enzymów
Określanie mechanizmów reakcji enzymatycznych
Wykorzystanie surowców odpadowych do otrzymywania
Zastosowanie metod biotechnologicznych
Oddziaływanie pomiędzy modyfikowanymi cyklodekstrynami a L-tryptofan indol liazą. Praca magisterska wykonana w Pracowni Węglowodanów,
Pobranie próbki i jej przygotowanie jest bardzo ważnym, często najważniejszym i najtrudniejszym etapem analizy i może decydować o poprawności jej wyniku.
Obraz tworzenia się asocjatów pomiędzy konkanawaliną A i porfirynami w roztworach i w materiałach zol-żelowych Katarzyna Polska, Stanisław Radzki Wydział.
Innowacyjna technologia stabilizacji odpadów niebezpiecznych ENVIROMIX®
Reakcje w roztworach wodnych – hydroliza
Fotosynteza Fotosynteza to złożony proces biochemiczny zachodzący głównie w liściach, a dokładniej w chloroplastach. Przeprowadzany jest jedynie przez.
Jakub Sikorski, Paweł Frydryk, Dawid Frej
Białka – budowa, rodzaje i właściwości
Temat lekcji: Wykrywamy związki organiczne w pokarmach.
Żele i przemiana zol-żel
Transport przez błony komórki.
ODDYCHANIE FERMENTACJA ALKOHOLOWA ODDYCHANIE TLENOWE FERMENTACJA
Podsumowanie - wykład 2 Struktura kwasów nukleinowych ( DNA i RNA)
Biotechnologiczne metody oczyszczania powietrza i gazów odlotowych
ENZYMY.
Biologiczne oczyszczanie ścieków
Wykrywanie białek Wykrywanie skrobi Wykrywanie glukozy
Agnieszka Jędrzejowska
Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów
Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja Odtwarzanie treści multimedialnych Andrzej Majkowski informatyka +
Cukier - wróg czy przyjaciel?
Polisacharydy.
Disacharydy.
Substancje o znaczeniu biologicznym
Materiał edukacyjny wytworzony w ramach projektu „Scholaris - portal wiedzy dla nauczycieli” współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego.
WPŁYW CZŁOWIEKA NA KLIMAT
Chyba wiem, co jem?.
Amidy kwasów karboksylowych i mocznik
Burak cukrowy alternatywnym surowcem do pozyskiwania bioproduktów Jan Iciek Politechnika Łódzka Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności.
Rodzaje substancji leczniczych
Białka Substancje warunkujące życie Porównanie kształtu i wielkości kilku białek. Od lewej: Przeciwciało (IgG), Hemoglobina, Insulina, kinaza AK1, ligaza.
Skład: Produkt wieprzowy, homogenizowany, wędzony, parzony, bez osłonki Skład: Mięso wieprzowe z szynki 93%, sól, białko wieprzowe, aromaty, przyprawy.
Otrzymywanie fenolu metod ą kumenow ą Literatura [1] R. Bogoczek, E. Kociołek-Balawejder, „Technologia chemiczna organiczna. Surowce i półprodukty”, wyd.
Dlaczego bez tlenu nie byłoby życia na Ziemi?
Synteza Heksanitrostilbenu (HNS) Agnieszka Wizner Bogumiła Łapińska Agnieszka Naporowska Rafał Bogusz Maciej Wiatrowski Opiekun pracy: dr inż. Paweł MaksimowskiZakład.
Wydział Chemiczny, Politechnika Warszawska Edyta Molga, Arleta Madej, Anna Łuczak, Sylwia Dudek Opiekun grupy: dr hab. inż. Wanda Ziemkowska Charakterystyka.
Projektowanie Procesów Technologicznych 2012/2013 Synteza heksanitrostilbenu (HNS) w reakcji utleniania trotylu, w środowisku bezwodnym. Jan Chromiński,
SKŁADNIKI ŻYWNOSCI. Białka Białka pełnią funkcje budulcowe (służą do budowy tkanek)
Otrzymywanie kwasu asparaginowego jako surowca dla przemysłu farmaceutycznego w skali t/rok. Tomasz Jaskulski, Wiktor Kosiński, Mariusz Krajewski.
Rys. 1 Cząsteczka fenolu. Fenol (hydroksybenzen) jest to organiczny związek chemiczny, najprostszy związek z grupy fenoli. Od alkoholi odróżnia go fakt,
Biotechnologia tradycyjna. Czym jest biotechnologia?  Biotechnologia to interdyscyplinarna dziedzina nauki zajmująca się wykorzystaniem procesów biologicznych.
Charakterystyka zanieczyszczeń organicznych przedostających się do wód wraz ze ściekami oczyszczonymi Marta Próba(1), Elżbieta Włodarczyk(1) (1) Instytut.
Wiązania glikozydowe w cząsteczkach dwucukrów
Biochemia.
Reakcje w roztworach wodnych – hydroliza soli
Znaczenie wody w przyrodzie i gospodarce
Materiał edukacyjny wytworzony w ramach projektu „Scholaris - portal wiedzy dla nauczycieli” współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego.
Amidy kwasów karboksylowych i mocznik
Kwas askorbinowy .
Chemia w kuchni Julia Mroszczyk kl. Ia.
Zapis prezentacji:

Przemysłowe zastosowania enzymów Enzymologia-13 Przemysłowe zastosowania enzymów

Zaletą jest specyficzność reakcji, regiospecyficzność, stereospecyficzność, wysoka wydajność, brak produktów ubocznych, łagodne warunki reakcji. Wadą jest wrażliwość na skrajne warunki (np. temperatura, pH), niestabilność w środowiskach innych niż wodne (np. rozpuszczalników organicznych) oraz stopniowa degradacja podczas użytkowania.

Wykorzystanie enzymów w przemyśle

Udział różnych rodzajów enzymów stosowanych w przemyśle biotechnologicznym

Enzymy proteolityczne w przemyśle Reakcja lub substrat Źródło enzymu Zastosowanie Papaina Renina Trypsyna, chymotrypsyna Proteazy grzybowe Proteazy bakteryjne Hydroliza białek Ścinanie mleka Papaya latex Żołądki cielęce, białko rekombinowane Jelita zwierzęce Aspergillus oryzae Aspergillus niger Mucor pusillus Rhizomucor miehei Cryptonectria parasitica Bacillus subtilis Usuwanie zmętnienia piwa, kruszenie mięsa Wytwarzanie serów Kruszenie mięsa, zastosowania medyczne Kruszenie mięsa, piekarnictwo, piwowarstwo Serowarstwo Detergenty, usuwanie żelatyny

Zastosowanie enzymów metabolizmu cukrów Reakcja lub substrat Źródło enzymu Wykorzystanie Amylaza endohydroliza wiązań (14) glikozydowych w polisacharydach Bacillus subtilis Aspergillus niger Aspergillus oryzae Scukrzanie skrobi Egzo (14) glukozydaza Uwalnianie końcowych reszt glukozowych z polisacharydów Rhizopus spp. Wytwarzanie glukozy ze skrobi Celulaza Endohydroliza wiązań (14) glikozydowych w celulozie Trichoderma viride Przekształcanie celulozy w celobiozę Poligalakturonaza Hydroliza wiązań glikozydowych w pektynach Mucor, Borytris, Penicillium, Aspergillus Ekstrakcja soków owocowych z pulp; klarowanie win i soków -galaktozydaza Hydroliza laktozy Otrzymywanie słodszych, lepiej rozpuszczalnych cukrów -fruktofuranozydaza Hydroliza sacharozy Saccharomyces Oksydaza glukozowa Glukoza + O2  glukonolakton + H2O2 Penicillium spp. Odczynnik do oznaczania glukozy; usuwanie tlenu z majonezu i soków owocowych Izomeraza glukozowa Glukoza  fruktoza Streptomyces spp Lactobacillus brevis Produkcja syropów fruktozowych

Produkcja enzymów

Produkcja enzymów – tendencje… Enzymy rekombinowane wytwarzane w warunkach nadprodukcji Wprowadzanie enzymów pochodzących z komórek ekstremofilnych Zastosowanie inżynierii białka – enzymy o zmienionych właściwościach

Schemat technologiczny wytwarzania enzymu

Niektóre enzymy stosowane w analizie biochemicznej

Cechy procesów biotransformacji specyficzność reakcji regiospecyficzność stereospecyficzność wysoka wydajność łagodne warunki

Immobilizacja enzymów Immobilizacja (łac. immobilis – nieruchomy) jest zjawiskiem powszechnie występującym w przyrodzie. Wiele procesów enzymatycznych i mikrobiologicznych przebiega przy udziale enzymów i komórek związanych w sposób naturalny z rozpuszczalnymi lub nierozpuszczalnymi matrycami oraz nośnikami mechanicznymi. Drobnoustroje np.: kolonizują środowisko wykorzystując naturalne procesy adhezji. Enzymy, w większości, działają w stanie związanym ze strukturami subkomórkowymi lub, jako rozpuszczalne, w określonych przedziałach (kompartmentach) komórki.

Metody immobilizacji enzymów Adsorpcja na powierzchni nośnika (alumina, hydroksyapatyt, kaolinit szkło, matryce jonowymienne); Wiązanie kowalencyjne z nośnikiem (poliakrylamid, nylon, celuloza, dekstran, Sephadex, Sepharose, Agarose, żel krzemionkowy, kulki szklane). Konieczna aktywacja nośnika; Sieciowanie międzycząsteczkowe Czynniki sieciujące: aldehyd glutarowy, 1,5-difluoro-2,4-dinitrobenzen; Uwięzienie/pułapkowanie w matrycy - akrylamid polimeryzowany w roztworze enzymu - żele tworzone in situ w roztworze enzymu; Kapsułkowanie w membranie półprzepuszczalnej liposomy, kapsułki nylonowe, celofanowe, celuloidowe, poliuretanowe.

Pierwszą technologią, która wykorzystała unieruchomiony biokatalizator, była mikrobiologiczna produkcja kwasu octowego przez komórki bakterii Acetobacter aceti zaadsorbowane na wiórach bukowych. Dziś stosuje się unieruchamianie zarówno pojedynczych enzymów, kompleksów dwóch lub większej ilości enzymów, jak i całych komórek czy struktur komórkowych.

Metody immobilizacji enzymów – zalety i wady… Zalety metod fizycznych: zachowanie struktury enzymu łatwość i niski koszt przeprowadzenia procesu immobilizacji Często jednak następuje wymywanie biokatalizatora ze złoża, zwłaszcza w przypadku stosowania prostej adsorpcji białka na powierzchni matrycy. Metody chemiczne zapewniają stabilność układu, ale w wielu przypadkach wiąże się to z częściową utratą aktywności enzymu, spowodowaną zmianą konformacji białka. Wiązanie kowalencyjne z nośnikiem jest łatwą metodą i daje stabilny układ, lecz jest kosztowne.

Metody immobilizacji enzymów – zalety i wady… Pułapkowanie w żelu jest tanie, ale nie można stosować go do enzymów hydrolitycznych, działających na substraty wielkocząsteczkowe, czyli mogących degradować żel. Kapsułkowanie stosuje się przede wszystkim w farmacji, jest jednak trudne w kontroli i znajduje zastosowanie jedynie do przemian niskocząsteczkowych, podobnie jak membrany półprzepuszczalne.

Podstawowym parametrem technologicznym, który pozwala ocenić celowość stosowania wybranej metody immobilizacji, jest stabilność operacyjna enzymu. Określa ona czas pracy, po którym zachodzi utrata połowy początkowej aktywności biokatalizatora. W czasie procesu technologicznego immobilizowany biokatalizator stopniowo traci swoja produktywność, co spowodowane jest: wymywaniem enzymu ze złoża oraz rozpuszczaniem się lub ścieraniem matrycy utratą aktywności na skutek zatruwania lub denaturacji enzymu pogorszeniem się warunków kontaktu substratu z enzymem w wyniku zanieczyszczenia i zatkania się porów złoża lub mechanicznego zgniatania matrycy zanieczyszczeniem mikrobiologicznym

Metody kowalencyjnej immobilizacji enzymów

Metody kowalencyjnej immobilizacji enzymów – wzajemne sieciowanie

Pułapkowanie enzymu wewnątrz struktury naturalnych lub syntetycznych polimerów przykładowymi nośnikami są: agar, alginian, kolagen, poliakrylamid, poliuretan, polistyren, żywice sieciowane energią swietlną

Zastosowanie membran półprzepuszczalnych

Przykłady procesów przemysłowych prowadzonych z użyciem immobilizowanych enzymów Enzym Matryca Metoda immobilizacji Zastosowanie Aminoacylaza DEAE-Sephadex Adsorpcja Otrzymywanie L-aminokwasów Izomeraza glukozowa Amberlit IRA904 Otrzymywanie syropu fruktozo-glukozowego Termolizyna Układ dwufazowy Otrzymywanie aspartamu -galaktozydaza Krzemionka Otrzymywanie mleka wolnego od laktozy Amidaza penicylanowa Poliakrylamid, celuloza Uwięzienie w matrycy Otrzymywanie 6-APA Oksydaza glukozowa Peroksydaza Kapsułkowanie Oznaczanie glukozy

Reakcje katalizowane przez monooksygenazy wykorzystywane do biotransformacji w praktyce przemysłowej hydroksylowanie alkanów hydroksylowane arenów epoksydacja alkenów utlenianie heteroatomów utlenianie ketonów do estrów

Enzymatyczne wytwarzanie L-aminokwasów w układzie sprzężonym

Biokatalityczna synteza optycznie czynnych aminokwasów

ZASTOSOWANIE ENZYMÓW DO OTRZYMYWANIA OPTYCZNIE CZYNNYCH AMINOKWASÓW Synteza/biosynteza optycznie czynnych pochodnych glicyny – substratów dla otrzymywania penicylin półsyntetycznych

ZASTOSOWANIE ENZYMÓW DO OTRZYMYWANIA OPTYCZNIE CZYNNYCH AMINOKWASÓW Biosynteza optycznie czynnych aminokwasów białkowych

Alternatywne możliwości otrzymywania 6APA z penicyliny G

Acylazy penicylinowe Acylaza penicyliny G Bakterie Achromobacter spp., Alcaligenes faecalis, E. coli, Bacillus megaterium, Proteus rettgeri, Pseudomonas melanogenes; Drożdże Kluyvera citrophila Acylaza penicyliny V Grzyby strzępkowe Bovista plumbea, Fusarium spp.; Promieniowce Actinoplanes spp., Streptomyces levanduae 3. Acylaza amplicylinowa Obecnie najczęściej stosowane źródło: rekombinowane szczepy E. coli

Wytwarzanie kwasu 6-aminopenicylanowego (6APA) Możliwe metody: hydroliza chemiczna lub enzymatyczna Warunki hydrolizy enzymatycznej Biotransformacja 12-15% (w/v) roztworu soli penicyliny G lub V przez immobilizowaną amidazę penicylinową. Podczas reakcji utrzymuje się pH na poziomie 7 – 8 poprzez dodawanie KOH lub NaOH. Produkty: 6APA oraz odpowiedni kwas (fenylooctowy lub fenoksyoctowy). 6APA izoluje się poprzez zakwaszenie mieszaniny poreakcyjnej do pH = 4.0 w obecności rozpuszczalnika organicznego nie mieszającego się z wodą. W tych warunkach 6APA wytrąca się, a kwas prekursorowy przechodzi do fazy organicznej i jest zwykle zawracany jako dodatek do nowej fermentacji Korzyści z zastąpienia chemicznej hydrolizy penicyliny G do 6APA przez hydrolizę enzymatyczną Eliminacja chlorowcowanych rozpuszczalników organicznych, toksycznych odczynników i odpadów oraz potrzeby stosowania ciekłego azotu do chłodzenia; prowadzenie reakcji w umiarkowanych warunkach; łatwa kontrola pH, temperatury; zwiększenie wydajności, brak produktów ubocznych;

Synteza aspartamu z zastosowaniem biotransformacji enzymatycznej

Biotransformacje sterydów