11. Primer alkoholok, szekunder alkoholok és redukáló cukrok oxidációja (glükonsav fermentáció). Flashcards
De novo szintézis (fermentáció) és biokonverzió közti különbség
De novo szintézis: mikroorganizmusok, növényi sejttenyészet vagy állati szövettenyészet növekedés/szaporodás “melléktermékei” a termékek
Biokonverzió (biotranszformáció):
nem szaporodó sejt vagy sejtalkotó vagy enzim katalizálja egy vegyület átalakítását
Mikrobákkal és enzimekkel végezhető kémiai átalakítások
- Oxidáció és redukció
- Hidrolízis
- Izomeráció
- Kondenzáció
- Új kötés létrehozása
Oxidáció és redukció
– oxigén lehet végső e- akceptor vagy közvetlenül beléphet a szerves molekulába
Katalizáló enzimek:
- oxidáz (elektrontranszferáz)
- dioxigenáz (oxigéntranszferáz)
- monooxigenáz (hidroláz)
- dehidrogenáz
- oxidáz (elektrontranszferáz)
pl.: glükóz-oxidáz
katalizált reakció:
O2 + 2e- <> (O2)2- <> H2O2
- dioxigenáz (oxigéntranszferáz)
pl.: triptofán-pirroláz
katalizált reakció:
A + O2 <> AO2
elsősorban oxidációs gyűrűfelnyitási reakcióknál
- monooxigenáz (hidroláz)
pl.: szteroid-hidroláz
AH + DH2 + O2 <> AOH + D + H2O
DH2: általában NADP-koenzim szokott lenni
- dehidrogenáz
nem reagálnak közvetlenül az oxigénnel, NADH, NADPH, ubikinon vagy FADH2 adja le a H-t, majd veszi fel
Primer alkoholok oxidációja
folyamat
Ecetsav képződés folyamata:
Etanol -(alkohol-dehidrogenáz ADH)-> acetaldehid -(aldehid-dehidrogenáz ALH)-> acetát
ADH –> PQQnak (pirrolo-kinolin-kinon) és ADH, ALH –> ubikinonnak adják a hidrogéneket –> H leadása (visszaoxidálás) során a terminális oxidációhoz hasonló folyamat zajlódik –> molekuláris O2-el víz képződik, protonok áromolnak a periplazmás térbe és ATP termelődik –> a sejt energiát nyer
Primer alkoholok oxidációja
bacik
etanol –Acetobacter aceti + O2–> ecetsav + H2O (ipari gyártás alapja)
ecetsavból –Acetobacter peroxydans–> CO2 + H2O
(túloxidáció) –> elhanyagolhatóan lassú
Ipari ecetsavgyártás
- baktériumokat bükkfaforgácsra ültetik, alkoholt csurgatnak rá
- ma szubmerz eljárás: mikrobák a tápoldat belsejében szaporodnak
fontos: alacsony S konc., magas O2 –> különben elpusztulnak a mikrobák
erre megoldás: fed batch (szakaszos táplálás) - friss tápoldat-betáplálás növekedő térfogat mellett
akár 19-20% ecetsav
Ecetsav felhasználás
erős sav, vízkőoldás, tartósítás (élelmiszeripar)
vegyipari alapanyag sok vegyületnek (textil, gyógyszer, hústartósítás)
Szekunder alkoholok oxidációja
Bertrand szabály (1904): Gluconobacter suboxydans (régi név: Acetobacter suboxydans)
csak olyan szekunder OH-csoportot képesek oxidálni, amelynek szomszédságában 2 cisz helyzetű alkoholos OH található (régióspecifitás)
pl.: Glicerin –> dihidroxi-aceton (DHA)
D-szorbit –> L-szorbóz …—> C-vitamin
Aszkorbinsav előállítása
A. Glükóz –> szorbit –> szorbóz –>
- 2-keto-gulonsav –> aszkorbinsav (kémiai út)
- szorboszon –> 2-keto-gulonsav –> aszkorbinsav (biokonverzió)
B. Glükóz –> D-glükonát –> 5-keto-glükonát –> L-gulonát –> 2-keto-gulonsav –> Aszkorbinsav
szinte mindenhol biokonverziós lépés mikrobákkal
Redukáló cukrok oxidációja glükonsavvá
béta-D-glükóz –> (glükóz-oxidáz = flavoprotein-dehidrogenáz) glükono-delta-lakton –> (hidrolízis) glükonsav –> (dehidrogenáz - oxidáció zajlik) 5-keto-D-glükonsav
Aspergillus niger
- glükóz-oxidáz enzimmel
- e- akceptor: levegő oxigénje, ez H2O2-vé alakul
- keletkező H2O2-t a kataláz bontja
- képződő glükonsavat semlegesíteni kell CaCO3-al, különben a pH változás leállítja a folyamatot
- egyes gyárak félfolytonos fermentációt használnak
félfolytonos fermentáció
a szakaszos fermentációs ciklus befejezése után a tenyészet 1/4-1/5-ét a fermentorban hagyják, és friss tápoldattal töltik fel, így kezdenek egy újabb tenyésztési ciklust (ez 3-4szer ismételhető)
