1 Przemysłowe zastosowania enzymówEnzymologia-12 Przemysłowe zastosowania enzymów

2 Wykorzystanie enzymów w przemyśle

3 Udział różnych rodzajów enzymów stosowanychw przemyśle biotechnologicznym

4 Enzymy proteolityczne w przemyśleReakcja 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

5 Zastosowanie enzymów metabolizmu cukrówReakcja 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 Endodydroliza 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

6

7 Produkcja enzymów

8 Schemat technologiczny wytwarzania enzymu

9 Niektóre enzymy stosowane w analizie biochemicznej

10 Cechy procesów biotransformacjispecyficzność reakcji regiospecyficzność stereospecyficzność wysoka wydajność łagodne warunki

11 Metody immobilizacji enzymówAdsorpcja 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 w matrycy - akrylamid polimeryzowany w roztworze enzymu - żele tworzone in situ w roztworze enzymu; Kapsułkowanie w membranie półprzepuszczalnej liposomy, kapsułki nylonowe, celofanowe, celuloidowe, poliuretanowe.

12 Metody kowalencyjnej immobilizacji enzymów

13 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 Poloakrylamid, celuloza Uwięzienie w matrycy Otrzymywanie 6-APA Oksydaza glukozowa Peroksydaza Kapsułkowanie Oznaczanie glukozy

14 Biokataliza w środowiskach niewodnychhomogenna mieszanina woda/rozp. org. układ dwufazowy odwrócone micele zawiesina enzymu w rozpuszczalniku org. kowalencyjnie zmodyf. enzym w rozp. org. Biokataliza w środowiskach niewodnych

15 prof. Ernest Sym zapoczątkował na PG badania w dziedzinie biotechnologii; światowy pionier badań nad katalizą enzymatyczną w układach niewodnych.

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

17 Enzymatyczne wytwarzanie L-aminokwasów w układzie sprzężonym

18 Biokatalityczna synteza optycznie czynnych aminokwasów

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

20 ZASTOSOWANIE ENZYMÓW DO OTRZYMYWANIA OPTYCZNIE CZYNNYCH AMINOKWASÓWBiosynteza optycznie czynnych aminokwasów białkowych

21 Alternatywne możliwości otrzymywania 6APA z penicyliny G

22 Acylazy penicylinowe Acylaza penicyliny GBakterie 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

23 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;

24 Synteza aspartamu z zastosowaniem biotransformacji enzymatycznej

25 Biotransformacje sterydów