Microsoft PowerPoint Enzymologia cz VI Ekstremozymy

background image

DROBNOUSTROJE EKSTREMOFILNE

JAKO ŹRÓDŁO UśYTECZNYCH

BIOMOLEKUŁ

dr inż. Aneta Białkowska

background image



HIPERTERMOFILE

(T

opt

>85°C),

„szczep 121”; Pyrolobus fumarii (T

opt

= 113ºC)

 PSYCHROFILE

(T

min

0°C i poniżej),

Colwellia psychrerythraea (T

min

= -5ºC)

 ACIDOFILE

(pH 0,5

÷

÷

÷

÷

2,0),

Picrophilus torridus pH

opt

=0,7 (1,2 M H

2

SO

4

)

 ALKALOFILE

(pH 10 ÷12),

Bacillus firmus pH

opt

=10,5

 HALOFILE

(stężenie soli > 2,5 M),

Haloarcula marismorti (1,7-5,1 M NaCl)

 METALOFILE

(wysokie stężenia metali ciężkich),

Ralstonia i Rhodococcus;

 PIEZOFILE

(ciśnienie do 140 MPa),

Photobacterium sp.

 EUTEKTOFILE

(wymagają dla wzrostu wody w stanie witryfikacji);

 KSEROFILE

(

aktywność wody poniżej 0,8

),

Halobacterium sp.

 RADIOFILE,

Deinococcus radiodurans (>5000 Gy

γγγγ

; > 400 J/m

2

UV)

 ENDOLITY I HIPOLITY

(kolonizują pęknięcia i części denne skał),

Methanobacterium subterranean

 MIKROAEROFILE

(

stężenie tlenu < 21% O

2

)

EKSTREMOFILE

EKSTREMOFILE

dr inż. Aneta Białkowska

background image

ADAPTACJE DROBNOUSTROJÓW DO

EKSTREMALNEGO ŚRODOWISKA

ADAPTACJE DROBNOUSTROJÓW DO

EKSTREMALNEGO ŚRODOWISKA

 specyficzne mechanizmy akumulacji energii

(bakteriorodopsyna

halofili)

oraz

utrzymania homeostazy środowiska

wewnątrzkomórkowego i metabolizmu

 stabilność komponentów funkcjonalnych i strukturalnych komórki

w warunkach ekstremalnego biotopu

 kinetyka reakcji biochemicznych dostosowana do warunków

ekstremalnych

0

20

40

60

80

100

-10 -5

0

10 15 20 25 27 30 35 40 50 60 70 80 90 100

temperatura [°C]

a

k

ty

w

n

o

ś

ć

[%

]

L. antarcticum
Y. lipolytica
aqualizyna

Proteinazy

dr inż. Aneta Białkowska

background image

 skład lipidów błonowych zapewniający płynność membran

oraz właściwy transport jonów i biocząsteczek:

u psychrofili

- wzrost zawartości wielonienasyconych

kwasów tłuszczowych, w szczególności z rodzin n3 i

n6, a także kwasów rozgałęzionych nasyconych i
mononienasyconych

u termofili

- lipidy z wiązaniami eterowymi, a nie estrowymi,

zawierające więcej reszt kwasów nasyconych;

u halofili

- obecność specyficznych transportujących białek

błonowych

 produkcja ochronnych egzopolisacharydów, biosurfaktantów,

kompatybilnych solutów

 tworzenie ochronnych barwników i innych molekularnych filtrów

UV

ADAPTACJE DROBNOUSTROJÓW DO

EKSTREMALNEGO ŚRODOWISKA

ADAPTACJE DROBNOUSTROJÓW DO

EKSTREMALNEGO ŚRODOWISKA

dr inż. Aneta Białkowska

background image

Wsp

Wsp

ó

ó

lne w

lne w

ł

ł

a

a

ś

ś

ciwo

ciwo

ś

ś

ci

ci

ekstremozym

ekstremozym

ó

ó

w

w

IDENTYCZNY

MECHANIZM

KATALIZY

40-80%

HOMOLOGII

SEKWENCJI

AMINOKWASÓW

ZBLIśONA

STRUKTURA

PRZESTRZENNA

WŁAŚCIWOŚCI EKSTREMOZYMÓW

WŁAŚCIWOŚCI EKSTREMOZYMÓW

dr inż. Aneta Białkowska

background image

Wysoka reaktywność

(k

kat

)

i skuteczność katalityczna

(k

kat

/ K

m)

w zakresie 0-30°C

Ograniczona

stabilność

termiczna

WŁAŚCIWOŚCI EKSTREMOZYMÓW

WŁAŚCIWOŚCI EKSTREMOZYMÓW

1. KINETYCZNE

Obniżona temperatura

optymalna i wysoka

aktywność poniżej 20°C

i w 0ºC

PSYCHROZYMY

TERMOZYMY

Podwyższona T

opt

(>80ºC)

i wysoka aktywność

powyżej 70ºC

Wysoka reaktywność (k

kat

)

i skuteczność katalityczna

(k

kat

/K

m

) w zakresie 70-115°C

Wysoka

stabilność

termiczna nawet

powyżej 100ºC

dr inż. Aneta Białkowska

background image

2. STRUKTURALNE

Niższa

liczba

oddziaływań

wewnątrzcząstecz-

kowych

Obecność giętkich

dodatkowych

pętli

na powierzchni

cząsteczek

Obecność obszarów

hydrofobowych na

powierzchni białka

PSYCHROZYMY –

obniżona spójność molekuł, zwiększona elastyczność

TERMOZYMY

– wysoki stopień upakowania i zwiększona sztywność

molekuł

Wyższa

liczba

oddziaływań

wewnątrzcząstecz-

kowych

Mniej

i krótsze

pętle na powierzchni

cząsteczek

Mniej jamistości

w cząsteczce

dr inż. Aneta Białkowska

background image

BIOTECHNOLOGICZNIE INTERESUJĄCE PRODUKTY

METABOLIZMU DROBNOUSTROJÓW EKSTREMOFILNYCH



Enzymy adaptowane do zróżnicowanych, skrajnych warunków

(termozymy,psychrozymy, halozymy, piezozymy)

 Wielonienasycone kwasy tłuszczowe

 Unikatowe egzopolisacharydy

,

cyklodekstryny i inne

biopolimery

 Nowe substancje bakterio- i fungistatyczne

 Barwniki przydatne dla żywności

 Molekularne filtry UV

 Ekstremolity

Membranowe biosurfaktanty

(lichenizyna)



Chaperoniny z hipertermofili

dr inż. Aneta Białkowska

background image

MOśLIWOŚCI APLIKACJI EKSTREMOZYMÓW

I ICH PRODUCENTÓW

MOśLIWOŚCI APLIKACJI EKSTREMOZYMÓW

I ICH PRODUCENTÓW

1. OCHRONA ŚRODOWISKA (KULTURY DROBNOUSTROJÓW

PSYCHRO-, TERMO- I HALOFILNYCH)

biodegradacja polutantów

rekultywacja zanieczyszczonej gleby in situ (bioremediacja,
biopulping = biorozwłóknianie)

produkcja biogazu

usuwanie radioaktywnych skażeń

1. OCHRONA ŚRODOWISKA (KULTURY DROBNOUSTROJÓW

PSYCHRO-, TERMO- I HALOFILNYCH)

biodegradacja polutantów

rekultywacja zanieczyszczonej gleby in situ (bioremediacja,
biopulping = biorozwłóknianie)

produkcja biogazu

usuwanie radioaktywnych skażeń

dr inż. Aneta Białkowska

background image

2. BIOTRANSFORAMCJE W ZRÓśNICOWANYCH

WARUNKACHModyfikacje i produkcja antybiotyków (psychro- i
piezozymy)

Biokataliza w środowiskach organicznych (psychro- i halozymy):

a) stereospecyficzna synteza estrów, peptydów i in.

b) synteza i modyfikacja lotnych związków

2. BIOTRANSFORAMCJE W ZRÓśNICOWANYCH

WARUNKACH

Modyfikacje i produkcja antybiotyków (psychro- i

piezozymy)

Biokataliza w środowiskach organicznych (psychro- i halozymy):

a) stereospecyficzna synteza estrów, peptydów i in.

b) synteza i modyfikacja lotnych związków

3. CHEMIA GOSPODARCZA

produkcja środków piorących w niskich i wysokich

temperaturach: proteazy, lipazy (C. antarctica),

amylazy, celulazy (celulaza BCE113)

preparat „Stainzyme” – przeznaczony do prania w obnizonych

temperaturach

3. CHEMIA GOSPODARCZA

produkcja środków piorących w niskich i wysokich

temperaturach: proteazy, lipazy (C. antarctica),

amylazy, celulazy (celulaza BCE113)

preparat „Stainzyme” – przeznaczony do prania w obnizonych

temperaturach

dr inż. Aneta Białkowska

background image

.

.

4. BIOLOGIA MOLEKULARNA

Polimerazy, np. Taq, Pwo i Pfu

zasadowa fosfataza Vibrio

4. BIOLOGIA MOLEKULARNA

Polimerazy, np. Taq, Pwo i Pfu

zasadowa fosfataza Vibrio

5. PRZEMYSŁ SPOśYWCZY

serowarstwo i mleczarstwo

piwowarstwo

przetwórstwo skrobi

konserwacja żywności

przetwórstwo owoców

tenderyzacja mięsa i ryb

produkcja prebiotyków

i nutraceutyków

5. PRZEMYSŁ SPOśYWCZY

serowarstwo i mleczarstwo

piwowarstwo

przetwórstwo skrobi

konserwacja żywności

przetwórstwo owoców

tenderyzacja mięsa i ryb

produkcja prebiotyków

i nutraceutyków

dr inż. Aneta Białkowska

background image

MOśLIWOŚCI APLIKACJI EKSTREMOZYMÓW

I ICH PRODUCENTÓW

MO

MO

ś

ś

LIWO

LIWO

Ś

Ś

CI APLIKACJI EKSTREMOZYM

CI APLIKACJI EKSTREMOZYM

Ó

Ó

W

W

I ICH PRODUCENT

I ICH PRODUCENT

Ó

Ó

W

W

INNE PRZEMYSŁY:

Przemysł papierniczy: termofilne ksylanazy - bielenie papieru

makulatorowego i pulpy drzewnej

Garbarstwo:

zimne proteazy - odwłaszania skór,

Przemysł tekstylny: odklejanie surowych tkanin – zimne amylazy,

marmurkowanie jeansu – wieloenzymatyczny

preparat Deni max-Combi 113-140
usuwanie barwników - halofilne oksydazy,

Przemysł węglowy:

odsiarczanie węgla – acidofilne oksydazy

Przemysł wydobywczy: termofilne

ββββ

-glukanazy do degradacji

polisacharydów, stosowanych w wiertnictwie ropy
naftowej i gazu ziemnego

Produkcja biosensorów: psychrofilne dehydrogenazy

Przemysł paszowy: psychrofilne celulazy i proteazy

INNE PRZEMYSŁY:

Przemysł papierniczy:

termofilne ksylanazy - bielenie papieru

makulatorowego i pulpy drzewnej

Garbarstwo:

zimne proteazy - odwłaszania skór,

Przemysł tekstylny:

odklejanie surowych tkanin – zimne amylazy,
marmurkowanie jeansu – wieloenzymatyczny

preparat Deni max-Combi 113-140
usuwanie barwników - halofilne oksydazy,

Przemysł węglowy:

odsiarczanie węgla – acidofilne oksydazy

Przemysł wydobywczy:

termofilne

ββββ

-glukanazy do degradacji

polisacharydów, stosowanych w wiertnictwie ropy
naftowej i gazu ziemnego

Produkcja biosensorów:

psychrofilne dehydrogenazy

Przemysł paszowy:

psychrofilne celulazy i proteazy

dr inż. Aneta Białkowska

background image

BIOTECHNOLOGICZNIE INTERESUJĄCE PRODUKTY

METABOLIZMU DROBNOUSTROJÓW EKSTREMOFILNYCH



Enzymy adaptowane do zróżnicowanych, skrajnych warunków

(termozymy,psychrozymy, halozymy, piezozymy)

 Wielonienasycone kwasy tłuszczowe

 Unikatowe egzopolisacharydy

,

cyklodekstryny i inne

biopolimery

 Nowe substancje bakterio- i fungistatyczne

 Barwniki przydatne dla żywności

 Molekularne filtry UV

 Ekstremolity

 Membranowe biosurfaktanty

(lichenizyna)



Chaperoniny z hipertermofili

dr inż. Aneta Białkowska

background image

KOMPATYBILNE SOLUTY (EKSTREMOLITY)

KOMPATYBILNE SOLUTY (EKSTREMOLITY)

Osmoaktywne substancje

, utrzymujące dodatnią równowagę wodną w

komórkach halofili: pochodne aminokwasów –

ektoina

, betainy glicyny i

proliny; sacharydy – trehaloza; karnityna; cholina i in.

Ekstremolity

chronią makrocząsteczki i komórki przed stresami (wysuszenie,
zamarznięcie, denaturacja termiczna, promieniowanie UV).

EKTOINA

EKTOINA

Szlak biosyntezy:

(

1,4,5,6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidine carboxylic acid)

dr inż. Aneta Białkowska

background image

Zastosowanie :

składnik kosmetyków (intensywne nawilżanie)

stabilizator enzymów (m.in. polimeraz DNA w reakcjach PCR) i
komórek

składnik farmaceutyków aktywujący cytoochronną odpowiedź

komórek ludzkich na warunki stresowe

Inne właściwości:

inhibicja agregacji cząsteczek

ββββ

-amyloidu

indukcja biosyntezy Hsp 70

Odpowiednik

: firoina syntetyzowana przez Pyrococcus furiosus

EKTOINA

EKTOINA

Produkcja:

technologia „bacterial milking” (

„BITOP AG”, Niemcy

). Etapy:

hodowla halofilnego szczepu Halomonas elongata w podłożach

zawierających 15% NaCl (biosynteza ektoiny)

oddzielenie biomasy na modułach filtracyjnych

przeniesienie komórek do podłoża z 3% NaCl (hipoosmotyczny szok) –

wyciek ektoiny do podłoża

155 mg ektoiny / 1 g s.m. komórek

dr inż. Aneta Białkowska

background image

BAKTERIORODOPSYNA I HALORODOPSYNA

BAKTERIORODOPSYNA I HALORODOPSYNA

-związane z błonami komórkowymi barwne białka, zawierające
światłoczułą substancję (retinal); mają zdolność absorpcji fotonów,
dzięki czemu działają jako pompy protonowe, eksportując protony
na zewnątrz komórki, co powoduje powstanie wysokiego potencjału
elektrochemicznego, niezbędnego dla syntezy ATP

Produkcja:

Postać zliofilizowana produkowana przez szczep archeona
Halobacterium salinarum i skomercjalizowana przez firmę COBEL
w Hiszpanii i MIB (Innovative Biomaterials) w Niemczech.

Zastosowanie

:

przemysł fotochemiczny, fotoelektryczny (holografia,
przestrzenne modulatory światła, komputerowe sieci neuronowe,
optyczne przełączniki)

medycyna (sztuczna siatkówka oka)

dr inż. Aneta Białkowska

background image

Funkcje egzopolisacharydów

:

:

ochrona przed wysuszeniem, fagocytozą, gwałtownymi zmianami
temperatur itp

bariera dla bakteriofagów oraz pierwotniaków

udział w procesie glebotwórczym

Pozakomórkowe polisacharydy (egzopolisacharydy, EPS))

Pozakomórkowe polisacharydy (egzopolisacharydy, EPS)

)

Możliwe wykorzystanie:

• w przemyśle tekstylnym, detergentów, środków adhezyjnych

• w uzdatnianiu wody, w procesach izolacji i oczyszczania różnych

substancji

• w kosmetologii i w farmakologii

• jako dodatek do żywności

• w indukcji syntezy interferonu

• aktywności: przeciwrakowe, antywirusowe, przeciwzapalne

Przykład:

polisacharyd z haloalkalofila Bacillus sp. I-450

– kwaśny heteroglikan

(52,4% - cukry obojętne, 17,2% - kwasy uronowe , 2,4% - aminocukry)

dr inż. Aneta Białkowska

background image

INNE BIOPOLIMERY I BIOCZĄSTECZKI

INNE BIOPOLIMERY I BIOCZĄSTECZKI

• kwas poli (

γγγγ

-glutaminowy), PGA

Producent

: halofilny archeon Natrialba sp. (470 mg PGA/l).

Wykorzystanie

: zagęstnik, nośnik leków (farmakologia), prebiotyków,

nutraceutyków (przemysł spożywczy)

• polihydroksyalkanoaty, PHA

np. kwas poli (

ββββ

-hydroksymasłowy) (PHB) o właściwościach

zbliżonych do polietylenu i polipropylenu

Producent

: Haloferax mediterranei (60% s.m. komórek, tj. ok.. 6 g/l)

• lipidy z wiązaniami eterowymi – tzw. liposomy, otrzymywane

z

całkowitej frakcji polarnych eterów lipidów

Halobacterium cutirubrum

.

Odporne na atak fosfolipaz i esteraz, poszukiwane w medycynie i
kosmetologii.

dr inż. Aneta Białkowska

background image

kwas

kwas

αααα

αααα

-

-

linolenowy

linolenowy

-

-

18:3

∆∆∆∆

9,12,15,

ALA

n-3

-składnik fosfolipidów błon komórkowych

(wpływa na ich płynność)

-prekursor EPA i DHA

kwas

kwas

eikozapentaenowy

eikozapentaenowy –

20:5

∆∆∆∆

5,8,11,14,17,

EPA n-3

-

prekursor prostanoidów: PG

3

i TxA

3

- obniża zawartość cholesterolu

i ciśnienie tętnicze

kwas

kwas

dokozaheksaenowy

dokozaheksaenowy

22:6

∆∆∆∆

4,7,10,13,16,19,

DHA n-3

- składnik osłonek nerwowych,

- wpływa na ogólną odporność organizmu.

KWASY POLIENOWE n-3

KWASY POLIENOWE n-3

dr inż. Aneta Białkowska

background image

karotenoidy (

β

-karoten, kantaksantyna) i melaniny;

produkują je głównie halofile

inne barwniki, np. fioletowe barwniki psychrotrofowego
szczepu Janthinobacterium lividum wykazujące aktywność
antybakteryjną względem B. subtilis, B. megaterium, S.
aureus i P. aeruginosa

BARWNIKI OCHRONNE

BARWNIKI OCHRONNE

Wiolaceina (M

w

– 343,3) Deoksywiolaceina (M

w

– 329)

ββββ

-karoten

dr inż. Aneta Białkowska

background image

BARWNIKI PRODUKOWANE PRZEZ ANTARKTYCZNE

GRZYBY STRZĘPKOWE Z KOLEKCJI IBT PŁ

BARWNIKI PRODUKOWANE PRZEZ ANTARKTYCZNE

GRZYBY STRZĘPKOWE Z KOLEKCJI IBT PŁ

dr inż. Aneta Białkowska

background image

ARCHEOCYNY

ARCHEOCYNY

Peptydowo-białkowe bakteriocynopodobne

substancje o właściwościach antybiotycznych

wytwarzane przez halofilne i hipertermofilne

archeony:

• halocyny

(do 35 kDa) i

mikrohalocyny

(od 3,6 kDa)

z ekstremalnych halofili z rodziny

Halobacteriaceae,

• sulfolobicyny

(ok. 20 kDa) z ekstremalnych

termofili rodzaju Sulfolobus

dr inż. Aneta Białkowska


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Microsoft PowerPoint Enzymologia cz IV
Microsoft PowerPoint Enzymologia cz V
Microsoft PowerPoint Enzymologia cz I
Microsoft PowerPoint Cz II CFD
Nowy Prezentacja programu Microsoft PowerPoint 5
Rola rynku i instytucji finansowych INowy Prezentacja programu Microsoft PowerPoint
ZADANIA PiP Prezentacja Microsoft PowerPoint
Nowy Prezentacja programu Microsoft PowerPoint ppt
Microsoft PowerPoint IP5 klasyfikacje tryb zgodnosci
Microsoft PowerPoint IP tryb zgodnosci
Microsoft PowerPoint 02 srodowisko bazy danych, modele
(Microsoft PowerPoint 2 KONWENCJA WIEDENSKAid 1358 (2)
Microsoft PowerPoint IP5 bazydanych tryb zgodnosci
Microsoft PowerPoint znaki

więcej podobnych podstron