BT biotransformacje Flashcards
cechy biotransformacji
- specyficzność typu reakcji, 2. regiospecyficzność - selektywność względem kilu takich samych grup, 3. stereospecyficzność
biotranformacja (definicja)
zastosowanie biologicznego katalizatora w celu przekształcenia substratu w produkt za pomocą ograniczonej liczby reakcji enzymatycznych.
ogólna charakterystyka biotransformacji
komórki enzymatycznie przekształcają egzogenne związki chemiczne, produkty gromadzone pozakomórkowo, duża wydajność konwersji, prowadzone w łagodnych warunkach co obniża koszty, można łączyć tradycyjne metody chemiczne z biokonwersją, niewielka liczba enzymów, produkty nie mają funkcji metabolicznej, enzymy mogą brać udział w przekształcaniu właściwych im substratów lub dokonywać selektywnej konwersji ksenobiotyków
zadania stawiane przed procesami biotransformacji
1) specyficzna modyfikacja struktury substratów za pomocą selektywnych reakcji 2) częściowa degradacja substratów do określonych metabolitów w wyniku jednej/kilku reakcji kontrolowanych 3) zastosowanie biosyntezy do wydłużenia cząsteczek sztucznymi strukturami
kierdy stosujemy biotransformację?
gdy synteza chemiczna jest trudna, gdy można w jednym etapie zrobić coś, co chemicznie robi się wieloetapowo i drogo, by selektywnie wprowadzić grupy funkcyjne w pozycje nieulegające przemianom chemicznych
co to znaczy że biotransformacja jest specyficzna?
typ reakcji - substrat ulega konkretnemu przekształceniiu
co to znaczy że biotransformacja jest regiospecyficzna?
wybiórczość miejsca reakcji w cząsteczce substratu tzn. cząsteczka substratu jest atakowana w ściśle określonym miejscu, nawet gdy istnieje kilka takich samych grup reaktywnych lub miejsc które mogą ulec przekształceniom tego samego typu
co to znaczy że biotransformacja jest stereospecyficzna?
enzym rozpoznaje w racemacie izomery optycznie czynne, spośród dwóch optycznie czynnych form racemicznej mieszaniny substratu reakcji ulega tylko jeden enancjomer
rodzaje reakcji biotransformacji (4)
“1 Aktywacja wybranych nieaktywnych atomów cząsteczki, wybiórcze wprowadzanie grup funkcyjnych w miejsca w cząstecze odporne na działania chemiczne 2 Wybiórcze przekształcenie grupy funkcyjnej będącej w otoczeniu
grup podobnych. 3 Rozdzielanie racematów 4 Biosynteza mutacyjna”
przykład reakcji wprowadzania grup funkcyjnych
przeciwzapalne działanie kortykosterydów zależy od obecności tlenu w jedenastej pozycji pierścienia steroidu; octan kortyzonu otrzymymuje się z bardzo małą wydajnością z kwasu dezoksycholowego, WIĘC jednoetapowy proces mikrobiologiczny; np. Rhizopus nigricans i R. arrihizus - są szczepy które mogą selektywnie hydroksylować dowolny atom w szkielecie sterydu
przykład reakcji wybiórczego przekształcania grupy funkcyjnej
synteza kwasu askorbinowego; D-sorbitol jest przekształcony w Lsorbozę dzięki selektywnemu utlenieniu za pomocą bakterii Acetobacter suboxydans
przykład rozdzielania reacematów
wybiórcze działanie na jeden z optycznie czynnych izomerów racematu, z racematu acylo-DL-aminokwasów można wydzielić niektóre L-aminokwasy, a za pomocą L-aminoacylazy z A.oryzae można hydrolizować acylo-Laminokwasy, nie naruszając D-izomerów
przykład biosyntezy mutacyjnej
powstawanie półsyntetycznych metabolitów przez włączenie do metabolizmu komórki analogów produktu przejściowego np. otrzymywanie półsyntetycznych antybiotyków aminoglikozydowych
co jest czynnikiem przeprowadzającym biotransformację?
mikroorganizmy lub enzym
biotransformacje z udziałem enzymów
wykorzystanie preparatów enzymatycznych i enzymów oczyszczonych, immobilizacji enzymów lub komórek na nośniku (żele alginianowe, karagenianowe, pianka poliuretanowa) możliwość wielokrotnego użycia złoża i procesu ciągłego; wysoka wydajność procesu
biotranformacje z udziałem mikroorganizmów
“duża różnorodność mikroorganizmów, zdolność prowadzenia określonej reakcji mogą mieć organizmy
należące do różnych grup,, najważniejszy etap to dobranie właściwego do procesu czynnika biologicznego”
Cechy decydujące o technologiczności czynnika biologicznego stosowanego w procesach biotrasformacji (4)
1) mikroorganizmy powinny się rozwijać na podłożach stosowanych w praktyce przemysłowej 2) odpowiednio duża aktywność enzymów odpowiedzialnych za transformację 3) nagromadzenie produktu transformacji w podłożu hodowlanym osiągane w prosty sposób 4) w/w właściwości powinny zapewniać opłacalność procesu
etapy biotransformacji z udziałem mikroorganizmów (jedno- i dwuetapowej)
- namnażanie komórek w obecności induktora enzymów niezbędnych do przeprowadzenia biotransformacji 2. enzymatyczne przekształcenie substratu (np. steroidowego) prowadzone w procesie: jednoetapowym → dodanie substratu bezpośrednio do hodowli po zakończeniu fazy wzrostu dwuetapowym → wydzielenie namnożonej biomasy z podłoża hodowlanego i przeniesienie do innego zawierającego określony substrat steroidowy, proces korzystniejszy (łatwiej wydzielić produkt z zawiesiny, prostsza kontrola analityczna przebiegu procesu, krótszy czas biotransformacji)
warunek przebiegu biotransformacji
bezpośredni kontakt cząsteczek substratu z enzymem, aktywność katalityczna mikroorganizmów nie może być inaktywowana
jak rozwiązać problem układu dwufazowego - i kiedy on się pojawia?
gdy produkt lub substraty są hydrofobowe - np. sterole. zwiększyć rozpuszczalność dodając emulgatory, rozdrabniając substraty krystaliczne, podgrzewanie rozpuszczalników, rzeprowadzenie związków steroidowych w pochodne estrowe
metody procesu biotransformacji (2)
hodowla zawiesinowa (bioreaktory) • wykorzystanie technik immobilizacji enzymów, immobilizacji komórek
główne czynniki regulujące proces biotransformacji
rodzaj hodowli, faza cyklu komórkowego hodowli • warunki hodowli (skład pożywki, pH, natlenienie) • przepuszczalność błon (Triton X-100, chloroform) • struktura chemiczna substratu, właściwości fizyczne
typy bioreaktorów do biotransformacji
do hodowli zawiesinowej - mieszadłowe lub airlift. do procesów z komórkami immobilizowanymi - mieszadłowe, kolumnowe, membranowe
przykłady reakcji biotransformacji
utlenianie, redukcja, hydroliza, izomeryzacja, kondensacja, rozerwanie wiązania C-C
