Podstawy biogospodarki. Wykład 4

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Podstawy biogospodarki. Wykład 4"

Monika Kowalska
7 lat temu
Przeglądów:

1 Podstawy biogospodarki Wykład 4 Prowadzący: Krzysztof Makowski Kierunek Wyróżniony przez PKA INZYNIERIAMATERIALOWAPL

2 Mother Earth has a strange ability to produce life everywhere Fridtjof Nansen

3 Enzymy, biopolimery i cząstki bioaktywne na przykładzie ekstremofili Stromatolity w Parku Narodowym Glacier w USA pochodzące z prekambru

4 Rozmiary drobnoustrojów INZYNIERIAMATERIALOWAPL

5 Świat drobnoustrojów WIRUSY BAKTERIE GRZYBY STRZĘPKOWE DROŻDŻE INZYNIERIAMATERIALOWAPL

6 Ziemia planeta drobnoustrojów? biomasa lądowych i wodnych zwierząt biomasa drobnoustrojów (5 25 razy większa) INZYNIERIAMATERIALOWAPL

7 Bioróżnorodność 750 tys. 250 tys. 200 tys. 41 tys. Przypuszcza się, że na Ziemi bytuje gat. drobnoustrojów, znamy zatem 1-10% tych gatunków

Bioróżnorodność Mikroby ciepłolubne (termofile i hipertermofile) Podmorskie wyloty hydrotermalne Lód morski Źródła siarczanowe Mikroby kwasolubne (acidofile)

8 Bioróżnorodność Mikroby ciepłolubne (termofile i hipertermofile) Podmorskie wyloty hydrotermalne Lód morski Źródła siarczanowe Mikroby kwasolubne (acidofile) Mikroby zasadolubne (alkalofile) Słone jeziora Słone jeziora Mikroby sololubne (halofile) Mikroby zimnolubne Mikroby ciepłolubne (termofile i hipertermofile)

9 Podział drobnoustrojów według temperatur kardynalnych T min T opt T max Mezofile < Termofile < 70 Ekstremalne termofile > <80 Hipertermofile >

10 Ziemia planeta zimna T<5ºC 80% całkowitej powierzchni Ziemi i ponad 90% objętości mórz i oceanów INZYNIERIAMATERIALOWAPL

11 Jezioro Vostok odpowiednik księżyca Europy INZYNIERIAMATERIALOWAPL

12 Ekstremofile HIPERTERMOFILE (T opt >80 C); Pyrolobus fumarii (T opt = 113ºC) PSYCHROFILE (T min -0 C i poniżej); Psychromonas ingrahamii (T min = -15ºC)

13 Ekstremofile ACIDOFILE (ph 0,5 2,0), Picrophilus torridus ph opt =0,7 ALKALOFILE (ph 10 12), Bacillus firmus ph opt =10,5

14 Ekstremofile HALOFILE (stężenie soli > 2,5 M), Haloarcula marismorti (1,7-5,1 M NaCl) PIEZOFILE (ciśnienie do 140 MPa), Photobacterium sp.

Ekstremofile Deinococcus radiodurans 5000

15 Ekstremofile Deinococcus radiodurans 5000 G - 100% przeżywalności; G - 37% przeżywalności (dawka letalna dla człowieka 10, dla E.coli 60 G ). Deinococcus geothermalis T opt =55ºC, rozwija się przy ciągłej ekspozycji na promieniowanie w dawce 60 G /h

16 Ekstremofile KSEROFILE (aktywność wody poniżej 0,8), Halobacterium sp. METALOFILE (wysokie stężenia metali ciężkich), Ralstonia i Rhodococcus

17 Ekstremofile ENDOLITY I HIPOLITY (kolonizują pęknięcia i części denne skał), Methanobacterium subterranean MIKROAEROFILE (stężenie tlenu < 21% O 2, zwykle 2-10%) EUTEKTOFILE (?)

18 Potencjalne produkty pochodzące z ekstremofili PSYCHROFILE Enzymy, np. B-galaktozydaza, lipaza CalB Ochronne egzopolisacharydy, Biosurfaktanty Barwniki molekularne filtry UV Białka nukleacyjne (SNOMAX ) Czynniki krioprotekcyjne - ekstremolity -trehaloza, cholina, betainy Wielonienasycone kwasy tłuszczowe THE BIOECONOMY TO 2030: DESIGNING A POLICY AGENDA ISBN OECD 2009 INZYNIERIAMATERIALOWAPL

19 Potencjalne produkty pochodzące z ekstremofili TERMOFILE Enzymy, np. polimerazataq, celulazy HALOFILE Spirulina spp. suplenet diety Dunaliella salina najlepsze naturalne źródło karotenoidów Halobacterium fermentacja sosów rybnych Osmoprotektanty ektoina - Ronacare ALKALOFILE: Enzymy do proszków do prania - proteinazy, lipazy Enzymy do badań molekularnych alkaliczna fosfataza Shewanella sp. SIB1 (Abnova Corp.) THE BIOECONOMY TO 2030: DESIGNING A POLICY AGENDA ISBN OECD 2009 INZYNIERIAMATERIALOWAPL

20 Komercyjne wykorzystanie enzymów ekstremofilnych na przykładzie B-galaktozydazy Penicillum Bacteroides thetaiotaomicron E. coli Arthrobacter INZYNIERIAMATERIALOWAPL

21 Potencjalne zastosowanie B-galaktozydaz: HYDROLIZA laktozy (ochrona środowiska, przemysł spożywczy)- dostępne preparaty komercyjne, np. enzym z K. lactis SYNTEZA (procesy nieskomercjalizowane): Galaktooligosacharydów (przemysł spożywczy) Alkilowych (arylowych) pochodnych galaktopiranozy (biosurfaktanty) Galaktopiranozydów aminoalkoholi (bloki budulcowe) Galaktopiranozydów aminokwasów (bloki budulcowe) Modyfikowanych antybiotyków, (szersze spektrum działania przeciwbakteryjnego, lepsza rozpuszczalność w wodzie) INZYNIERIAMATERIALOWAPL

22 Laktoza- cukier niepożądany? Słabo rozpuszczalna w wodzie- łatwość krystalizacji w produktach spożywczych prowadząca do zmian sensorycznych (odczucie ziarnistości produktu) Niska słodycz- powstałe wyniku hydrolizy glukoza i galaktoza są słodsze od laktozy Zjawisko nietolerancji laktozy: a. pierwotna u niemowląt, b. pierwotna u dorosłych, c. wtórna INZYNIERIAMATERIALOWAPL 22

23 Dlaczego β-galaktozydazy zimnolubne? Możliwość prowadzenia reakcji w niskich temperaturach (oszczędność energii, minimalizowanie ryzyka zakażenia mikrobiologicznego) Brak produktów reakcji Maillarda obecnych w przypadku użycia β-galaktozydaz termofilnych Hydroliza laktozy stanowiącej składnik serwatki- produktu ubocznego przemysłu mleczarskiego Reakcje syntezy w środowiskach zawierających rozpuszczalniki organiczne INZYNIERIAMATERIALOWAPL 23

24 Synteza alkilowych (arylowych) pochodnych galaktopiranozy Synteza chemiczna: 4 etapy HO HO HO O OH OH (MeCO)2O katalizator AcO AcO AcO O OAc OAc HBr AcO AcO AcO O OAc Br AcO MeOH/HgO AcO AcO Synteza enzymatyczna: O OMe OAc HO MeO /MeOH HO 1 etap!!! HO O OH OMe HO MeOH HO O OH HO OH galaktoza lub glukoza HO HO HO O OMe OH H2O lub cukier INZYNIERIAMATERIALOWAPL 24

25 INZYNIERIAMATERIALOWAPL

26 Dziękuję za uwagę INZYNIERIAMATERIALOWAPL

Podobne dokumenty

BIOTECHNOLOGIA OGÓLNA

BIOTECHNOLOGIA OGÓLNA 1. Wprowadzenie do biotechnologii. Rys historyczny. Zakres i znaczenie nowoczesnej biotechnologii. Opracowanie procesu biotechnologicznego. 7. Produkcja biomasy. Białko mikrobiologiczne.