Nem kell az egész tankönyvet megtanulni! Biomérnöki műveletek és folyamatok Környezetmérnöki MSc. 1. előadás: Enzimmérnöki alapok

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Nem kell az egész tankönyvet megtanulni! Biomérnöki műveletek és folyamatok Környezetmérnöki MSc. 1. előadás: Enzimmérnöki alapok"

Krisztina Borbély
5 évvel ezelőtt
Látták:

BIOMÉRNÖKI MŰVELETEK ÉS FOLYAMATOK Környezetmérnök MSc hallgatók számára 2 + 0 + 0 óra, 2 kredit írásbeli vizsga Előadók: Pécs Miklós, Németh Áron F-labor: F épület F2E lépcsőház földszint ÍRÁSBELI

1 BIOMÉRNÖKI MŰVELETEK ÉS FOLYAMATOK Környezetmérnök MSc hallgatók számára óra, 2 kredit írásbeli vizsga Előadók: Pécs Miklós, Németh Áron F-labor: F épület F2E lépcsőház földszint ÍRÁSBELI VIZSGA Felkészülés: érdemes/célszerű előadásra járni Diasorok (folyamatosan frissül): K%f6rnyezetm%e9rn%f6k%20MSc/ Digitális jegyzet: 42 Kosárba, regisztráció, vásárlás (0 forint) Több, mint a kinyomtatott.pdf, animációk, interaktív Sevella Béla: Biomérnöki műveletek példatár (jegyzet 6503, Műegyetemi Kiadó, 200) 2 Nem kell az egész tankönyvet megtanulni! BSC-N NEM KELL TUDNI AZ ALÁBB KIJELÖLT ALFEJEZETEKET TARTALOMJEGYZÉK. BEVEZETÉS. A BIOMÉRNÖK ÉS A BIOTECHNOLÓGIA.. A biotechnológia vázlatos története.2. A biotechnológiai eljárások jellemzői 2. ENZIMMÉRNÖKI ALAPISMERETEK 2.. Az enzimek működésének alapjai 2.2. Az enzimek tulajdonságai, nevezéktanuk 2.3. Egyszerű enzimes reakciók kinetikai leírása 2.4. Enzimmoduláció, bevezetés, áttekintés 2.5. Többszubsztrátos reakciók 2.6. Egyéb hatások az enzimek aktivitására 2.7. Heterogén fázisú enzimes reakciók viselkedése a 2.52 EGYENLETTŐL KEZDVE A KINETIKA NEM KELL Az enzimek alkalmazási területei és néhány enzimtechnológiai alapfogalom 2.9. Allosztérikus enzimek 2.0. Transzportfolyamatok kinetikája Tartalomjegyzék-részletes-KörnyMSc.doc 3 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék

2 TARTALOMJEGYZÉK. Enzimmérnöki ismeretek az enzimműködés alapjai enzimkinetika enziminhibíció rögzített enzimek 2. Fermentációs ismeretek: mikrobaszaporodás leírása fermentációs technikák sterilezés levegőztetés 4 Vörös biotech B I O T Á R S A D A L O M egészségügyi felhasználású termékek Fehér biotech ipari felhasználású termékek Zöld biotech mezőgazdasági, élelmiszer és környezeti felhasználású biotechológia IPAR VEGYIPAR EGÉSZSÉG ÚJ GYÓGYSZEREK GÉNTERÁPIA DIAGNOSZTIKA ÁLLATEGÉSZSÉGÜGY KÖRNYEZET KÖRNYEZETVÉDELEM BIO- ALAPANYAG ENERGIA TECHNOLÓGIA ENERGIA BIOETANOL METÁN BIOGÁZ ÉLELMISZERIPAR MEZÕGAZDASÁG REZISZTENS NÖVÉNYEK TRANSZGÉNIKUS ÁLLATOK 5 ENZIMEK 833: Payen és Persoz: csírázó árpa szerepe a keményítő hidrolízisben - dextrinek, cukrok Memoir sur la diastase, les principaux produits de ses reactions, et leurs applications aux art industrielles, Annales de Chimie et de Physique,833, 2me Serie 53, : Berzelius diasztáz hidrolízis KATALÍZIS : N-tartalmú szerves (szervezetlen) anyag, illetve élő szervezet (alacsonyrendű növény vagy infusorium (pl. alkoholos fermentáció) 858 Traube feltételezi, hogy a fermentációt fermentumok végzik (Pasteur hatása) De: első vállalat (874) Hansen s Laboratory: rennin 878 Kühne: = élesztőben 897 Buchner: megállapítja, hogy az élesztőben erjesztő enzimek vannak, sejtmentes erjesztés 6 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 2

3 A fehérjék speciális csoportjai és biológiai funkcióik Regulátor fehérjék lac-represszor RNS szintézis interferonok vírus rezisztencia inzulin glükóz metabolizmus növ. hormon Transzport fehérjék laktóz permeáz sejtmembrán transzport mioglobin O 2 - izomban hemoglobin O 2 - vérben Védőfehérjék antitestek (abzymek) idegen anyag megkötése trombin véralvadás 7 Toxinok B. thuringiensis biol. inszekticid Cl. botulinum ételmérgezés Tartalék fehérjék ovalbumin tojásfehérje kazein tejfehérje zein kukoricacsíra Kontraktil fehérjék dynein cilia, flagella miozin izom Védőfehérjék antitestek (abzymek) idegen anyag-komplex trombin véralvadás Szerkezeti fehérjék kollagén izületek, inak glikoproteinek sejtfal ENZIMEK REAKCIÓ KATALÍZIS 8 A KATALÍZIS TERMODINAMIKÁJA k r 930-as évek: Eyring : A reakció során létrejön egy magasabb energiájú átmeneti állapot - aktiválási energia kell: E RT S H kt h e e R RT = konst e T - abszolút hőmérséklet (Kelvin fok) k - Boltzmann állandó (, J/ K) h - Planck állandó (6, Js) Ezt csökkentik a katalizátorok - a katalizált reakció sebessége nagyobb, de az egyensúlyt nem befolyásolja. 9 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 3

Egyszerű és enzimes katalízis összehasonlítása Reakció Katalizátor Aktiválási energia kj/mol H 2 O 2 H 2 O + /2O 2 - I - Kazein +nh 2 O (n+)peptid kataláz H + tripszin 75 56,5 26,8 86 50 k rel 25 o C

4 Egyszerű és enzimes katalízis összehasonlítása Reakció Katalizátor Aktiválási energia kj/mol H 2 O 2 H 2 O + /2O 2 - I - Kazein +nh 2 O (n+)peptid kataláz H + tripszin 75 56,5 26, k rel 25 o C 2,.0 3 3, ,.0 6 Szaharóz+H 2 O glükóz+fruktóz H + invertáz ,6.0 0 Linolénsav + O 2 linolénsavperoxid - Cu 2+ lipoxigenáz ,7 ~0 2 ~ Enzim-szubsztrát kötődés Szubsztrát kötőhely: zsák, zseb - csak egy kis felület a protein molekulán! A két molekula felülete közötti kölcsönhatások: ionpár, hidrogén híd, van der Waals (hidrofób) = másodlagos kölcsönhatások Az enzimkatalízis általános esetei azonosak a kémiaival:. sav-bázis (modern elmélete: Linus Pauling 946) 2. kovalens katalízis (Haldane 930) 3. fémion katalízis Aktív centrum Szubsztrát kötőhely: csak egy kis felület a protein molekulán 2 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 4

Kulcs-zár hasonlat KULCS S ES komplex + szabad E ZÁR termékek + szabad E 3 Az enzimkatalízisnél fellépő hatások Indukált illeszkedés (Koshland, 958): ha a szubsztrát kellő

5 Kulcs-zár hasonlat KULCS S ES komplex + szabad E ZÁR termékek + szabad E 3 Az enzimkatalízisnél fellépő hatások Indukált illeszkedés (Koshland, 958): ha a szubsztrát kellő közelségben megközelíti az enzim molekulát (proximitás), akkor a fehérje szerkezete megváltozik, hozzáigazodik a szubsztráthoz ( ráharap ). 4 Orientációs effektus Hárompontos illeszkedés threepoint attachment : a szubsztrát molekula több funkciós csoportja is kötést alakít ki az enzim felszínével, így pontosan pozícionálódik nincs forgás. Csak az egyik optikai izomer kapcsolódik ez az enzimek sztereospecifitásának az alapja. 5 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 5

Hogyan alakul ki az aktív felület? Az összecsavarodott fehérjelánc(ok) alakítják ki a térbeli (3D) szerkezetet (harmadlagos, negyedleges szerkezet).

tulajdonságai Csak termodinamikailag lehetséges reakciókat gyorsítanak, G < 0 Minden enzimes reakció reverzibilis, egyensúlyra vezet de: az egyensúly eltolható, pl.

6 Hogyan alakul ki az aktív felület? Az összecsavarodott fehérjelánc(ok) alakítják ki a térbeli (3D) szerkezetet (harmadlagos, negyedleges szerkezet). Az aminosavak oldalláncai lehetnek: - apolárisak (alkil csoportok) - polárisak (-OH, -SH csoport) - ionosak (-NH 2, -COOH csoportok) 6 Aktív centrum kialakulása 7 Az enzimek tulajdonságai Csak termodinamikailag lehetséges reakciókat gyorsítanak, G < 0 Minden enzimes reakció reverzibilis, egyensúlyra vezet de: az egyensúly eltolható, pl. a termék elvételével A fehérjék denaturálhatóak: t, ph, ionerősség (kisózás), oldószerek Specifikusak: szubsztrát-specifitás csoport-specifitás sztereo-specifitás régió-specifitás 8 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 6

7 Az enzimes katalízis előnyei Nagyobb reakciósebesség: akár x gyorsabb Enyhébb reakciókörülmények (hőmérséklet, ph) Nagyobb specifitás(ok), mint a kémiában Regulálhatóság 9 További reakciópartnerek HOLOENZIM APOENZIM + KOFAKTOR Inaktív fehérje FÉMION Mg, Ca, Zn, Fe, Cu, Mo Prosztetikus csoport stabil kovalens kötés. FAD(H 2 ), Hem, Piridoxal-P(B 6 ) KOENZIM Koszubsztrát Sztöchiometrikusan fogy, regenerálni kell NAD(H), ATP 20 Enzimek elnevezése. Szubsztrát szerint: urea + víz CO 2 + 2NH 3 ureáz S-név + áz 2. Szubsztrát és reakció után: EtOH AcO AcOH alkohol-dehidrogenáz (S-név)+reakciónév+ áz 3.Triviális nevek: pepszin, tripszin, rennin mind fehérjebontók + -in 4. IUB, IUPAC, IUBMB 964,972,978 Enzyme Commission szisztematikus névadás 2 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 7

8 Enzim nevezéktan katalógusszám koszubsztrát E.C D-glucose-6P: NADP -oxydoreductase a reakció mibenléte szubsztrát a támadás helye az C-atomon van BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 8

Hasonló dokumentumok

1.ENZIMMÉRNÖKI ALAPISMERETEK

1.ENZIMMÉRNÖKI ALAPISMERETEK 1.ENZIMMÉRNÖI ALAPIMERETE Zemplén Géza,1915 Az enzimek és gyakorlati alkalmazásuk. A kir.magyar Term.Tud. Társulat kiadása 349 oldal evés fejezete van a chemiának, amely a legutolsó néhány év alatt olyan