biokatalizatory - politechnika gdańska · 2014-12-02 · przedmiot: podstawy biotechnologii...
TRANSCRIPT
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Biokatalizatory:
Enzymy – zbudowane z aminokwasów (białka)
Rybozymy – zbudowane z rybonukletydów (RNA)
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Enzymy są „superkatalizatorami”
• niezwykle duża efektywność katalizy
• wysoka aktywność katalityczna w umiarkowanych warunkach
• swoistość reakcji
• specyficzność substratowa
• stereospecyficzność
• praktycznie 100% wydajność; brak produktów ubocznych
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Siła katalityczna enzymów jest zdumiewająca
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
SWOISTOŚĆ SUBSTRATOWAL-asparaginaza EC 3.3.1.1
Substrat
Aktywność względna
KM × 105 (M)
V
L-asparagina
100
1
0.965
D-asparagina
5
6200
0.177
Amid kwasu bursztynowego
20
1500
0.240
Diamid kwasu bursztynowego
0
-
-
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Stereospecyficzność działania enzymów
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Dlaczego enzymy są tak efektywnymi katalizatorami?
-grupy funkcyjne w centrum aktywnym
-hydrofobowy charakter centrum aktywnego
-współdziałanie koenzymów
-kataliza kwasowo-zasadowa
-maksymalne zbliżenie i optymalne ustawienie substratu(ów)
-wzbudzone dopasowane enzymu
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Centrum aktywne
Struktura kompleksu enzym-substrat
Centrum aktywne może obejmowaćreszty aminokwasowe odlegle od siebiew sekwencji aminokwasowej enzymu
Centrum aktywne
Centrum aktywne może obejmować resztyodległe od siebie w sekwencji aminokwasowejłańcucha polipeptydowego
W centrum aktywnym znajdują się reszty wiążącesubstrat (ew, także koenzym) oraz reszty katalityczne
Kompleksenzym:substrat
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Niektóre enzymy potrzebują pomocników...
Koenzym – niewielka cząsteczka organiczna współpracującaz cząsteczką enzymu podczas aktu katalitycznego,której obecność jest niezbędna dla katalizy.Koenzym wiąże się z enzymem tylko w trakcieaktu katalitycznego
Grupa prostetyczna – cząsteczka organiczna lub jon metaluniezbędna dla działania enzymu,połączona trwale z cząsteczka enzymu
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Szybkość reakcji enzymatycznejEnzym, podobnie jak każdy inny katalizator, przyśpiesza reakcję,ale nie zmienia jej stanu równowagi.
Enzymy katalizują jedynie reakcje termodynamicznie możliwe, czyli takie, dla których ∆G≤0.Uwaga: enzymy w komórkach mogą katalizować reakcje, dla których
∆G°>0. Warunek: sprzężenie z reakcją, dla której ∆G°<0.
Warunkiem zajścia reakcji jest efektywne zderzenie cząsteczek(cząsteczki muszą posiadać odpowiednią energię oraz być odpowiednio ustawione względem siebie)
Najmniejsza energia, którą należy dostarczyć molowi substratów,aby każda z cząsteczek stała się reaktywna – energia aktywacji
Szybkość reakcji zależy od energii aktywacji układu.v = f (∆G*)
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Enzymy obniżają energię aktywacji układu
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Enzym wiążąc substrat przyjmuje konformację komplementarną do stanu przejściowego
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Indukowane dopasowanie enzymu
Konformacja heksokinazy zmienia się w wyniku związania substratuIndukowane dopasowanie substratu
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Enzym przyciąga substrat do centrum aktywnego
Rozkład potencjału elektrostatycznego wokółenzymu – dysmutazy nadtlenkowejPokazano obszary potencjału dodatniego i ujemnego.Substrat: O2
-. jest naładowany ujemnie
Sposoby oddziaływań elektrostatycznychenzymu z substratem
Efekt Kirke
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Wykres zależności szybkości reakcji katalizowanej przez enzym od stężenia substratu ma kształt hiperboliczny
][][SK
SVvM +
=
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Czynniki wpływające na aktywność enzymu
• temperatura•odczyn środowiska•potencjał redoks
T
v
∆ [P]
50 Co
70 Co
80 Co
tt 1 2t
v
T
t 1
2t
Zależność aktywności enzymuod temperatury
Zależność aktywnościenzymu od pH
Kształt wykresu v = f(T) może się zmieniać w zależności od momentu pomiaru
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Wytwarzanie enzymów
Dwa rodzaje procesów technologicznych, zasadniczo różniące sięwarunkami:
1. Enzymy wytwarzane w dużych ilościach, głównie dla celówprzemysłowych, tylko częściowo oczyszczone (bulk enzymes)
2. Enzymy wytwarzane w niewielkich ilościach, dla celów terapeutycznych i naukowych, o wysokim stopniu czystości
Obecne tendencje w produkcji enzymów:
1. Zastępowanie enzymów pochodzenia roślinnego i zwierzęcego przezenzymy rekombinowane, wytwarzane przez drobnoustroje w warunkachnadprodukcji
2. Wprowadzanie enzymów pochodzących z komórek drobnoustrojówekstremofilnych
3. Zastosowanie inżynierii białka – enzymy o zmienionych właściwościach
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Schemat technologiczny wytwarzania enzymutypu „bulk”
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Enzymy proteolityczne w przemyśle
Usuwanie zmętnienia piwa, kruszenie mięsa
Wytwarzanie serów
Kruszenie mięsa, zastosowania medyczne
Kruszenie mięsa, piekarnictwo, piwowarstwoSerowarstwo
Środki piorące, usuwanie żelatyny
Papaya latex
Żołądki cielęce, białko rekombinowane
Jelita zwierzęce
Aspergillus oryzaeAspergillus niger
Mucor pusillusRhizomucor mieheiCryptonectria parasitica
Bacillus subtilis
Hydroliza białek
Ścinanie mleka
Hydroliza białek
Hydroliza białek
Hydroliza białek
Papaina
Renina
Trypsyna, chymotrypsyna
Proteazy grzybowe
Proteazy bakteryjne
ZastosowanieŹródło enzymuReakcja lub substrat
Enzym
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Hydroliza skrobi
Hydroliza celulozydo celobiozy
Otrzymywanie cukrów prostych z disacharydów
Analityka medycznaUsuwanie cukru z produktów jajecznychUsuwanie O2 z majonezu i sokówOtrzymywanie słodkichsyropów
Bacillus subtilisAspergillus oryzae
Trichoderma virideAspergillus niger
Aspergillus spp.Sacharomyces
Aspergillus niger
Streptomyces spp.Lactobacillus brevis
Hydroliza wiązańα(1→4) glikozydowych
Hydroliza wiązańβ(1→4) glikozydowych
laktozasacharoza
Glukoza + O2 →Glukonolakton + H2O2
Glukoza → Fruktoza
Amylaza
Celulaza
β-galaktozydaza;sacharaza;β-glukoozydaza
Oksydaza glukozowa
Izomeraza ksylozowa
ZastosowanieŹródło enzymu
Reakcja lub substrat
EnzymEnzymy metabolizujące węglowodany w przemyśle
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Inne enzymy znajdujące zastosowanie w przemyśle
Enzym Zastosowanie
Izomeraza 11βsterydowa Biotransformacja sterydów
Aminoacylaza Otrzymywanie optycznie czynnych aminokwasów
Penicylinaza Otrzymywanie kwasu 6AP
Hydrataza nitrylowa Synteza aminokwasów
Lipaza Hydroliza triacyloglicerydów
Pektynaza Klarowanie soków
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Immobilizacja enzymów
Metody immobilizacji a) Adsorpcja na powierzchni nośnika (alumina, hydroksyapatyt, kaolinit
szkło, matryce jonowymienne);b) Wiązanie kowalencyjne z nośnikiem (poliakrylamid, nylon, celuloza,
dekstran, Sephadex, Sepharose, Agarose, żel krzemionkowy, kulki szklane). Konieczna aktywacja nośnika;
c) Uwięzienie w matrycy- akrylamid polimeryzowany w roztworze enzymu- żele tworzone in situ w roztworze enzymu;
d) Kapsułkowanie w membranie półprzepuszczalnejliposomy, kapsułki nylonowe,
celofanowe, celuloidowe, poliuretanowe
e) Sieciowanie międzycząsteczkoweCzynniki sieciujące:
aldehyd glutarowy, 1,5-difluoro-2,4-dinitrobenzen;.
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Immobilizacja enzymów
Metody kowalencyjnejimmobilizacji enzymów
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Immobilizacja enzymów
Immobilizacja enzymu z zastosowaniem molekularnego wysięgnika
1 – immobilizacja bez wysięgnika; 2 - immobilizacja z użyciem krótkiego wysięgnika;3 – immoblizacja z użyciem długiego wysięgnika; 4 – wysięgnik zbyt długi;5 – immobilizacja wielopunktowa; 6, 7, 8 – relacja wysięgnik:centrum aktywne Immobilizowanego enzymu
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Immobilizacja enzymów
Otrzymywanie sol-żeli z zastosowaniem różnych dodatków oraz metod suszenia
Sol-żele: żele nieorganiczneOtrzymywane głównie z tlenków krzemu, tytanu, cyrkonu, glinui glinokrzemianów
Większe możliwości – alkoksydySi(OR)4 i alkoksysilanyXSi(OR)3 oraz XX’Si(OR)2
Aerożele – wysuszane przez usunięcie płynu w stanie nadkrytycznym (CO2 – Tk = 31°C)Ambiżele – z materiałów zawierających dużą liczbę grup hydrofobowych
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Immobilizacja enzymów
Schemat immobilizacji enzymów w hydrożelach: a) alginianie wapnia; b) karagenianie
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Immobilizacja enzymów
Schemat silanizacji szkła oraz immobilizacji enzymów po uprzedniej funkcjonalizacjipodstawników silanowych
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Immobilizacja enzymówPrzykłady procesów przemysłowych prowadzonych
z użyciem immobilizowanych enzymów
Otrzymywanie 6-APA
Uwięzienie w matrycy
Poloakrylamid, celuloza
Amidaza penicylanowa
Oznaczanie glukozyKapsułkowanieOksydaza glukozowaPeroksydaza
Otrzymywanie mleka wolnego od laktozy
AdsorpcjaKrzemionkaβ-galaktozydaza
Otrzymywanie aspartamu
Układ dwufazowyTermolizyna
Otrzymywanie syropu fruktozo-glukozowego
AdsorpcjaAmberlit IRA904Izomerazaglukozowa
Otrzymywanie L-aminokwasów
AdsorpcjaDEAE-SephadexAminoacylaza
ZastosowanieMetoda immobilizacji
Matryca Enzym
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Biokataliza w rozpuszczalnikach organicznych
Charakterystyka biokatalizy dwufazowej w układzie woda/rozpuszczalnik organiczny
Potencjalne zalety:-wysoka rozpuszczalność substratu i produktu-zmniejszenie możliwości inhibicji przez produkt lub nadmiar substratu-ułatwione wyodrębnienie produktu i odzysk biokatalizatora-wysoka rozpuszczalność gazów w rozpuszczalnikach organicznych-korzystne przesunięcie równowagi reakcji
Potencjalne wady:-możliwa denaturacja i.lub inhibicja biokatalizatora przez rozpuszczalnik organiczny-zwiększona złożoność reakcji
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Biokataliza w rozpuszczalnikach organicznych
prof. Ernest Sym
zapoczątkował na PG badania w dziedzinie biotechnologii; światowy pionier badańnad katalizą enzymatycznąw układach niewodnych.
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Biokataliza w rozpuszczalnikach organicznych
Biokompatybilne rozpuszczalniki organiczne
Kryterium – wartość parametru Hanscha - log Poct - współczynnik podziałuw układzie n-oktanol/woda
Rozpuszczalniki charakteryzujące się log Poct <2 są uważane za nieprzydatne dobiokatalizy; log Poct = 2 ÷ 4 – biokompatybilność pośrednia i zmienna; log Poct > 4 rozpuszczalniki biokompatybilne
Przykłady: n-dekanol 4,0 n-heptan 4,0n-dodekanol 5,0 n-nonan 5,1eter difenylowy 4,3 n- undekan 6,1benzoesan pentylu 4,2oleinian butylu 9,8ftalan dibutylu 5,4
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Biokataliza w rozpuszczalnikach organicznych
(a) dwufazowa emulsja wodyw oleju
(b) dwufazowa emulsja olejuw wodzie
(c) enzym immobilizowany na porowatym nośniku w układzie dwufazowym
(d) enzym w odwróconej miceli(e) kowalencyjnie zmodyfikowany
enzym (np. glikolem polietylenowym) w rozp. org.
(f) immobilizowany enzym rozpuszczony w rozp. org.
(g) sproszkowany enzym rozpuszczony w rozp. org.
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Biokataliza w innych układach
Układ faza stała/faza gazowaBrak problemów z przenikaniem masyKataliza z udziałem enzymów takich jak: dehydrogenaza alkoholowa, oksydaza alkoholowa, lipazy. Reakcje – synteza związków lotnych, jak aldehydy, estry, ketony
Reakcje w cieczach nadkrytycznychDuże szybkości przenikania masy i łatwe wyodrębnianie produktów. Aparatura wysokociśnieniowa
Stosuje się głównie ditlenek węgla (Tk = 31°C). Reakcje dotyczące związków hydrofobowych, m.in. utlenianie cholesterolu przez oksydazę cholesterolową, stereoselektywne hydrolizy estrów przez immobilizowane lipazy, syntezy dipeptydówz użyciem enzymów proteolitycznych
Biokataliza w cieczach jonowychSole nie krystalizujące w temperaturze pokojowej (kation 1,3-dialkiloimidazoliowy lub N-alkilopirydyniowy i anion BF4
-, BF6- lub NO3
-. Wiele enzymów wykazuje trwałośćw cieczach jonowych, a nawet korzystniejsze właściwości (dotyczy to m.in. lipaz)
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Działanie fosfolipaz na fosfatydylocholinę
Przykłady zastosowań
Schemat procesu usuwania fosfolipidów z olejów (odśluzowywanie)
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Przykłady zastosowań
Schemat produkcji syropu glukozowegoE1 – alfa amylaza, E2 - glukoamylaza
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Przykłady zastosowań
Reakcje katalizowane przez monooksygenazy wykorzystywanedo biotransformacji w praktyce przemysłowej
(a) hydroksylowanie alkanów
(b) hydroksylowane arenów
(c) epoksydacja alkenów
(d) utlenianie heteroatomów
(e) utlenianie ketonów do estrów
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Przykłady zastosowań
Biokatalityczna synteza optycznie czynnych aminokwasów
NHC(O)R1
R
O
OHNH2
R
O
NH2
NHR1
R
O
OR2
CO2H
NH2RH
R OH
O ROH
O
O
Acylaza Amidaza Esterazalub proteaza
liaza dehydrogenaza
addycja amoniaku do podwójnego wiązania
redukcyjne aminowanie
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Przykłady zastosowań
ZASTOSOWANIE ENZYMÓW DO OTRZYMYWANIAOPTYCZNIE CZYNNYCH AMINOKWASÓW
C CCOOHH
HHOOCNH3
H2N
COOH
CH2COOHH
L
LH2N
COOH
CH2H
NH3 C CCOOHH
H
+
+
aspartaza
amoniako-liazafenyloalaninowa
synteza chemiczna
NAc-DL-aminokwas
aminoacylazaz Aspergillus oryzae
NAc-D-aminokwas
L-aminokwas + CH3COO-
racemizacja
Biosynteza optycznie czynnych aminokwasów białkowych
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Przykłady zastosowań
ZASTOSOWANIE ENZYMÓW DO OTRZYMYWANIAOPTYCZNIE CZYNNYCH AMINOKWASÓW
H
hydantoinazaNH
N
O
OH
DL
racemizacja, pH 8
N
OOH
ONH2
D
NH
N
O
OH
L
amidohydrolaza D
NH2
OOH
Synteza/biosynteza optycznie czynnych pochodnych glicyny – substratów dla otrzymywania penicylin półsyntetycznych
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 3 – Procesy biotechnologiczneWykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Przykłady zastosowań
Alternatywne możliwości otrzymywania 6APA z penicyliny G
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Przykłady zastosowań
Wytwarzanie kwasu 6-aminopenicylanowego (6APA)
Warunki hydrolizy enzymatycznejBiotransformacja 12-15% (w/v) roztworu soli penicyliny G lub V przez immobilizowaną amidazę penicylinową. Podczas reakcji utrzymuje się pHna poziomie 7 – 8 poprzez dodawanie KOH, NaOH lub wody aminiakalnej. 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 zawracanyjako 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;
Politechnika Gdańska, Inżynieria BiomedycznaPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wykład 4 – Biokataliza. Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych
Przykłady zastosowań
Synteza aspartamu z zastosowaniem biotransformacji enzymatycznej