Biotechnologia id 89023 Nieznany

BIOTECHNOLOGIA

Spis Treści :
Cz I. – Zadania z pytań otwartych.............................................................................................................

Cz II – Zadania z pytań testowych + uzupełnienie brakujących rzeczy z wykładów................................ 21

Opracowano na podstawie szeroko dostępnych materiałów...

by OLO & WILKU.

--------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------

Pytania z egzaminu z pytaniami otwartymi :

Dlaczego produkcja piwa jest procesem biotechnologicznym? (jakiego typu procesy

biotechnologiczne)
Z wyjątkiem ostatnich etapów - filtracji, oddzieleniu drożdży przez wirowanie itp. - produkcja piwa jest ściśle
oparta na procesach biologicznych:

a) przygotowanie słodu - naturalny proces kiełkowania nasion jęczmienia, podczas którego następuje
enzymatyczny rozkład skrobii i białek zapasowych (przy udziale własnych enzymów ziarna: alfa i beta-amylazy,
solubilazy beta-glukanu, beta-

glukanazy i endopeptydaz). Słód to przede wszystkim mieszanina cukrów

przyswajalnych przez drożdże,
b) przygotowanie brzeczki -

w procesie ekstrakcji z chmielem, wciąż działają alfa-amylazy wytwarzające cukry

na potrzeby drożdży,
c) fermentacja z udziałem drożdży - drożdże rozkładają cukry: sacharoza, glukoza, fruktoza, maltoza i
maltotrioza; wytwarzają: etanol, alkohole fuzlowe, octan etylu, zw. karbonylowe, zw. siarki.

2.

Dlaczego pro

dukcja serów jest procesem biotechnologicznym?

proces biotechnologiczny to taki, który wykorzystuje mikroorganizmy w gałęziach przemysłu, rolnictwa i
medycyny

Produkcja serów obejmuje następujące etapy :
-

przygotowanie mleka, aby nadawało się do produkcji sera: filtracja, sedymentacja(klarowanie), wirowanie

(usuwanie bakterii) dodanie substancji

mających wpływ na kolor itp.

przeprowadzenie procesu koagulacji czyli strącenia kazeiny

- oddzielenie serwatki od skoagulowanej kazeiny i przygotowanie sernika
-

dojrzewanie sera dla serów dojrzewających

Procesy biologiczne zachodzą tutaj co najmniej na dwóch etapach:
1: przeprowadzenie procesu koagulacji :
Można przeprowadzić koagulację temperaturową, kwaśną lub enzymatyczną. W przypadku koagulacji kwaśnej
stos

uje się bakterie kwasu mlekowego, które żyjąc sobie na laktozie, produkują kwas mlekowy ( laktoza

galaktoza + glukoza > pirogronian >

kw. mlekowy), który zakwasza środowisko i powoduje precypitację kazeiny

wraz z micelami tłuszczów.
w przypadku serów dojrzewających, na etapie koagulacji dodawana jest podpuszczka, która poprawia strącanie
się sernika
2: dojrzewanie sera
W zależności od rodzaju sera działają bakterie, enzymy mleka, podpuszczka, lipazy, pleśnie i drożdże.

Stosowane enzymy :
- proteinazy koag

ulujące (hydrolazy peptydów rozszczepiające wiązania peptydowe wewnątrz cząsteczki

polipeptydu -

ułatwiają ścinanie)

- lipazy

(wzbogacają aromat)

β-galaktozydazy (hydroliza laktozy serwatki)

- lizozym

(hamowanie fermentacji masłowej)

- katalaza (enzy

matyczna „pasteryzacja” mleka)

koagulanty mikrobiologiczne zastępujące chymozynę – mucol (chymozyna – inaczej podpuszczka, rennina

rozkłada rozpuszczalne białko mleka (kazeine) )
-

podpuszczki roślinne (ekstrahowane z kwiatów)

Enzymy uczestniczące w produkcji mleka :

Lipaza

to enzym uczestniczący w rozkładzie tłuszczu do glicerolu i kwasów tłuszczowych. Lipaza

powoduje zmianę smaku nadpsutego mleka. Np. nadmiar wolnych kwasów tłuszczowych w mleku lub
przetworach mlecznych nadaje im smak zjełczały. Lipazę wytwarza wiele drobnoustrojów.
Peroksydaza

w mleku aktywuje podgrzanie go przez kilka sekund do temperatury 80°C. Obecność w

mleku peroksydazy jest wykorzystywana do kontroli, czy w czasie pasteryzacji przekroczono
temperaturę 80°C.
Katalaza

rozkłada nadtlenek wodoru (H2O2) na wodę i wolny tlen. Mleko pochodzące z zakażonych

wymion charakteryzuje wysoka zawartość katalazy, podczas gdy świeże mleko ze zdrowych wymion
zawiera jedynie śladowe jej ilości.

Fotosfataza

rozkłada niektóre estry kwasu fosforowego do kwasu fosforowego i alkoholu. Jest

niszczona podczas standardowej pasteryzacji (72°C przez 15 sekund). Test fosfatazowy może służyć
do kontroli, czy podczas pasteryzacji osiągnięto właściwą temperaturę.

Konwersja skrobi kukurydzianej

W rozkładzie skrobi chodzi o uzyskanie cukrów prostych – monosacharydów. Proces konwersji skrobi dotyczy
skrobi kukurydzianej i dla tego produktu został stworzony.
Początkowo poddawano ją chemicznej, kwaśnej hydrolizie i otrzymywano dekstrozę – oligomery glukozowe,
ma

ło słodkie, dodatkowo z gorzkim posmakiem i pozostałościami koloru.

Na początku wykorzystywano tylko dwie grupy enzymów: bakteryjne :
-amylazy

( dekstryny, czyli polimery zawierające 6-7 cząsteczek glukozy, jednocześnie skrobia przeprowadzana

była w stan ciekły)
- a

następnie glukoamylazy (cięcie miejsc rozgałęzień w amylopektynie i cięcie dekstryn do disacharydów).

Dopiero odkrycie mikroorganizmów wytwarzających izomerazę glukozową (izomeryzacja glukozy do fruktozy)
rozwiązało problem. Po przeprowadzonym przez glukoamylazy procesie sacharyfikacji stosujemy izomerazę i
otrzymujemy syrop fruktozowy (HFCS), z różną wydajnością: 42%, 55%, 90%

4.

Wymienić 3 firmy biotechnologiczne

* Wołczyn, Maszewo - produkują osmofilne drożdże (wytrzymałe na duże stężenia cukrów; dogodne do użycia
w piekarnictwie) jako wynalazek Pol. Łódzkiej.
* Rhodia Food Biolacta - szczepionki (startery) mleczarskie.
* Leszno AKWAWIT - kw. mlekowy.
* Zgierz "Cytokwas" - kw. glukonowy.
* Wałcz "Cukrownia BIOROL" - kw. cytrynowy.

5.

Wymienić 3 bakterie biorące udział w produkcji metabolitów wtórnych i pierwotnych

Metabolity pośrednie:
Witamina B12 wytwarzana przez Pseudomonas denitryficans i Propionibacterium shermanii;
Metabolity wtórne (barwniki, feromony – nie są niezbędne do podstawowego metabolizmu) :
Biosurfaktanty wytwarzane przez Bacillus subtilis;
Bioinsekytycydy wytwarzane przez Bacillus thuringiensis;

6.

Proces biotechnologiczny w którym bierze udział aspartaza

Kwas L-

Asp wytwarzany jest z kwasu fumarowego i amoniaku (lub innego związku zawierającego azot) dzięki

zastosowaniu enzymu aspartazy

, która działa tutaj stereoselektywnie, gdyż otrzymujemy tylko jeden

enancjomer L. L-

Asp jest wykorzystywany m.in. do produkcji niskokalorycznego, wysokosłodkiego związku –

aspartamu

(słodzik). Enzym działa w dwie strony – katalizuje również rozkład.

Akrylonitryl

– co z niego powstaje :

Akrylonitryl - substrat do produkcji akrylamidu. Enzymatyczna reakcja -

jest przykładem selektywnej

hydrolizy nitrylu, która musi zajść w obecności grupy estrowej – co chemicznie (w obecności estru lub amidu)
jest praktycznie niemożliwe – staje się możliwa dzięki zastosowaniu nitrylazy: hydroliza zachodzi tylko w
stosunku do określonego ugrupowania chemicznego, bez ogrzewania czy stosowania katalizy kwaśnej lub
zasadowe

j. Jednak niektóre organizmy oprócz aktywności nitrylazowej posiadają amidazową - więc

poszukiwano szczep, który wykazuje amidazową jak najmniejszą : Rhodococcus rhodococcus J1
charakteryzujący się brakiem aktywności amidazowej :) znaleziono...

Ma on dwi hydratazy nitrylowe do tego :
H-Nhaza

(większa masa cząsteczkowa) i L-Nhaza (niższa masa). Enzymy te dla swej aktywności wymagają w

podłożu jonów kobaltu, zależnie od tego czy w tym podłożu stosuje się mocznik, czy np.
cykloheksanokarboksyamid wytwarzany jest pierwszy lub drugi rodzaj enzymu. Pierwszy z nich preferuje nitryle
alifatyczne, drugi lepiej działa na aromatyczne. Stąd hodując biomasę na podłożu zawierającym odpowiedni
induktor otrzymuje się katalizator działający lepiej np. na nitryle alifatyczne.

8.

Proces powstawania kwasu cytrynowego

Kw. cytrynowy jest produktem pośrednim w cyklu Krebsa. Dawniej otrzymywany był z owoców cytrusowych
oraz z glicerolu (XIX w.). Znajduje zastosowanie w przemyśle spożywczym (napoje, słodycze), farmakologii, w
czyszc

zeniu bojlerów, w roztworach buforowych i usuwaniu SO

z gazów w elektrowniach oraz jako chelator

metali.

Znane są 2 drogi jego biotechnologicznej syntezy. Obie wykorzystują grzyba Aspergillus niger. Obie korzystają
ze źródła węgla w postaci melasy (z buraków lub trzciny - produkt uboczny podczas produkcji cukru
spożywczego.) lub syropu glukozowego.

Fermentacja powierzchniowa (30% udziału) - do sterylizowanej melasy dodaje się składniki nieorganiczne i
żelazicyjanek potasu (reguluje wchłanianie przez komórki jonów Zn, Fe i Mn). Takie podłoże zaszczepia się
grzybem, prowadzi proces w 30 st. C przez 1-

2 tyg., a następnie płyn hodowlany oczyszcza się (z udziałem

wapna i kw. siarkowego) i usyskuje czysty kw. cytrynowy.

Fermentacja powierzchniowa (70%) - przeb

iega w fermentorach (mieszanie, napowietrzanie). Podłoże jw., ale

grzyb rozwija się w całej jego objętości.

Dąży się do nadprodukcji kw. cytrynowego w komórkach. Powstaje on w reakcjach:

pirogronian + CO

> cytrynian

acetylo-CoA + szczawiooctan > cytrynian (cykl Krebsa).

Proces powstawania kwasu mlekowego

50% produkcji kw. mlekowego jest przeznaczone dla piekarnictwa (zakwaszacz i śr. konserwujący). Inne
zastosowania: nici chirurgiczne (polimleczan), plastyfikatory (

środek zmiękczający), celofan, kosmetyka.

Niekiedy wykorzystuje się syntezę chemiczną.

Zwykle mamy do czynienia z homofermentacją mlekową - powstawanie tylko jednego produktu - użyciem
grzyba Rhizopus orizae.

Proces musi przebiegać w warunkach beztlenowych (grzyb ten jest fakultatywnym

naerobem). Grzyb ten jest bardziej odporny na niskie pH niż bakterie.

Jedna cząsteczka glukozy daje 2 cząsteczki kwasu mlekowego.

Proces produkcji jest stacjonarny, prowadzony w drewnianych fermentorach (korozyjność kw. mlekowego!).
Inokulum (zawiesina bakterii)

często jest częścią biomasy z poprzedniego procesu. Jako źródło węgla podaje

się sacharozę (buraki), serwatkę (z produkcji sera) lub dekstrozę (z cukrowni). Jako źródło azotu - namok
kukurydziany lub ekstrakt drożdżowy. Fermentacja trwa 1-6 dni (w zależności od bogactwa źródła cukru;
serwatka -

zapewnia dużo cukru). Następnie oddzielenie biomasy i oczyszczanie chemiczne.

10.

Proces powstawania kwasu octowego

Ocet winny inaczej kwas octowy produkowany w procesach biotechnologicznych. Wytwarzanie octu, podobnie
jak piwa, jest biotechnologią od początku do końca. Proces jest tlenowy. Znane są dwa sposoby produkcji, oba
korzystają z bakterii fermentacji octowej Acetobacter (również niektóre Pseudomonas).

Proces wolny (orleański) - nieekonomiczny, niestosowany. Prowadzony w beczkach z winem (substrat
alkoholowy), które zadaje się octem pochodzącym z poprzedniej szarży. Bakterie rozwijają się na powierzchni
ścianek beczki tworząc zoogleę (mother of wineger). Proces trwa 5 tygodni, wymaga "dokarmiania" bakterii
winem (dostarczamy tyle wina, ile odebraliśmy octu). Pewnym usprawnieniem było umieszczenie wewnątrz
beczek drewnianych klatek, na których może tworzyć się zooglea (lepszy kontakt bakterii z winem).

Proces szybki (niemiecki) -

fermentację prowadzi się w drewnianych generatorach wypełnionych wiórkami

bukowymi, na których rozwijają się bakterie. Od góry podaje się roztwór alkoholu, od dołu powietrze.
Wydajność osiąga nawet 98%.

Reakcja przebiega tak:

etanol > acetaldehyd > uwodniony acetaldehyd > kw. oc

towy + wodór

Można też prowadzić proces beztlenowy, zużywając celulozę i hemicelulozę (z przeróbki papieru). Mieszana
mikroflora rozkłada te substraty na kwasy alifatyczne, które bakterie celulolityczne używają do syntezy kw.
octowego, CO

i H

. Metoda be

ztlenowa służy do produkcji kw. octwego do zastosowań przemysłowych i

technicznych.

Metodą tlenową uzyskuje się ocet spożywczy.

11.

Co to są siderofory i do czego służą?

Siderofory są to związki organiczne o masie cząsteczkowej od 500 do 1500 Da. Są produktami metabolizmu
wielu bakterii i grzybów, niektórych sinic (cyjanobakterii) i glonów oraz roślin wyższych. Wydzielane są do
środowiska w warunkach niedoboru żelaza. Tworzą z żelazem(III) rozpuszczalne w wodzie kompleksy o
wysokich wartościach stałych trwałości (K=1040). Prowadzi to do zwiększenia stężenia form przyswajalnych
żelaza i umożliwia pobieranie tego pierwiastka przez organizmy.

Z wykładu : Są to cykliczne peptydy służące jako nośniki żelaza, umożliwiające przyswajanie
nierozpuszczalnego żelaza Fe

(nierozpuszczalne bo występuje w przyrodzie jako polimer wodorotlenku).

Częścią sideroforu chelatującą żelazo są fragmenty kwasów hydroksamowych albo w przypadku sideroforów
wytwarzanych przez niektóre bakterie – grupy OH z pierścieni fenolowych. Siderofory wytwarzają: bakterie
właściwe, np. E.Coli, promieniowce, mykobakterie i drożdże.
Siderofory mogą mieć także aktywność antybiotyczną – są to sideromycyny (produkowane przez
Streptomycetes) np. aldomycyna, ferrimycyna

. Właściwym antybiotykiem jest mała cząsteczka przyczepiona do

struktury sideroforu, sam siderofor pełni funkcję nośnika, aby antybiotyk mógł dostać się do wnętrza komórki.

Zasada

działania:

łączy się w kompleks z sideroforem (barwny ferri-sidreofor), potem w postaci kompleksu może połączyć

się z odpowiednim receptorem na błonie, następnie Fe

jest redukowany do Fe

. Jon żelaza wnika do wnętrza

komórki, a desferri-siderofor oddysocjowuje od niej.

Szczepy Pseudomonas putida i Rhizobium

, kolonizujące korzenie roślin, zwiększają plony przez to że dzięki

sideroforom umożliwiają roślinie pobieranie więcej żelaza, przy okazji zmniejszają ilość żelaza dostępną dla
mikroorganizmów chorobotwórczych.

Jedynym produkowanym sideroforem jest desferrioksamina B (Desferal). Produkuje to szwajcarska firma Ciba
Geibi (?) za pomocą mutantów Streptomyces pilosus. Desferal jest stosowany przy zatruciach żelazem, które
zdarzają się u ludzi ponieważ nie ma metabolicznej kontroli poziomu żelaza. Zatrucia żelazem są częste przy
dializach i transfuzjach. P

rzy hemochromatozach (choroby spowodowane zwiększeniem adsorpcji żelaza w

jelicie głównie u mężczyzn po 50-tce) objawiających się plamami na dłoniach, potem uszkodzenia serca i
wątroby.

Siderofory są bardzo specyficzne w stosunku do żelaza, poszukuje się sideroforów o obniżonej specyficzności,
do usuwania jonów innych metali.

11.

Produkcja semisyntetycznych penicylin i przykłady semisyntetycznych antybiotyków

Penicyliny semisyntetyczne

(modyfikowane naturalne związki) zostały wprowadzone zostały wprowadzone pod

koniec lat 50-

tych. W zależności od rodzaju mają wąski lub szeroki zakres działania. Najbardziej znaną

penicyliną semisyntetyczna jest ampicylina – (antybiotyk β-laktamowy z grupy aminopenicylin o szerokim
spektrum działania, wrażliwy na bakteryjne β-laktamazy.) jest ona najprostsza i jako pierwsza została
wprowadzona do lecznictwa; anoksycyklina

– zmodyfikowana ampicylina, ma ona korzystniejsze właściwości

farmakologiczne.
Semisyntetyczna cefamycyna

– cefoksytyna (Metoxin) – aktywna do G(+) i (-); cefamycyny nie są chemicznymi

pochodnymi penicylin i cefalosporyn (Cefamycyny wytwarzane naturalnie przez Actinomycetes; Cefalosporyny
przez Cephalosporium).Semisyntetyczne aminoglikozydy: amikacyna; tobramycyna; netylmycyna; direkacyna

Otrzymywanie semisyntetycznych penicylin:
Penicyliny semisyntetyczne powstają z kwasu 6-aminopenicylinowego (6-APA). Kwas ten można otrzymać na
drodze chemicznej lub enzymatycznej hydrolizy penicyliny G lub V. Penicylinę do 6-APA hydrolizuje acylaza
penicylinowa. 6-

APA można tez otrzymać z penicyliny poprzez produkt pośredni: diacylopenicylinę.

Acylaza penicylinowa

jest enzymem dezaktywującym penicyliny (beta-laktamy). Używa się tego enzymu w

postaci wolnej lub immobilizowanej, lub w postaci całych, wolnych lub immobilizowanych komórek
mikroorganizmów (bakterie produkują acylazy bardziej specyficzne do penicyliny G, grzyby – do p. V).
6-

APA acyluje się odpowiednim łańcuchem bocznym i powstaje semisyntetyczna penicylina (połowa procesu

produkcyjnego na drodze biokatalitycznej

– acylaza penicylinowa, druga polowa ja drodze chemicznej –

dodanie łańcuch bocznego).

12.

Zastosowanie enzymów w procesach przemysłowych, 3 konkretne przykłady (aspartam,

akrylamid, kwas 6-aminopenicylinowy); reakcje
1) produkcja aspartamu :
Z fumaranu i amo

niaku przez aspartazę otrzymuje się L-Asparaginian.

L-Asparaginian + ester metylowy L-Fenyloalaniny > aspartam (dipeptyd

– ester peptydowy).

Ostatnia reakcja katalizowana jest przez termolizynę.

2) produkcja akrylamidu:
Specyficzna hydroliza a

krylonitrylu zachodząca w temperaturze pokojowej w łagodnych warunkach

(selektywność funkcyjna). W tej biotransformacji stosuje się mikroorganizmy, które wykazują dużą aktywność
hydrolizującą nitryle, lecz nie mają aktywności amidazowej.
3) kwas 6-aminopenicylinowy z wykorzystaniem acylazy penicylinowej.

13.

Lantybiotyki

– przykłady

Lantybiotyki stanowią grupę wyjątkowych antybiotyków peptydowych w większości produkowanych przez i
działających na bakterie gramdodatnie. Ten z pozoru tajemniczy termin został wprowadzony pod koniec lat 80
ubiegłego wieku i stanowi skrótową nazwę antybiotyków peptydowych zawierających lantioninę wykazujących
silne działanie antybakteryjne. Obecnie wśród związków zaliczanych do lantybiotyków znaleźć można również
inne nietypow

e aminokwasy: niektóre występujące częściej takie jak dehydroalanina, inne bardziej „unikatowe”

jak na przykład kwas erytro-3-hydroksyasparaginowy. Wspomniane nietypowe aminokwasy powstają w wyniku
potranslacyjnych modyfikacji łańcuchów bocznych aminokwasów w prekursorowych peptydach
syntetyzowanych na rybosomach.

Ich cecha charakterystyczna jest obecnosc:
-

układu lantioninowego (mostek siarczkowy miedzy 2 resztami alaniny)

nietypowych aminokwasów nienasyconych np dehydroalanina i dehydrobutyryna

Biosyn

teza lantybiotyków zachodzi na rybosomach, ma 2 etapowy przebieg i obejmuje modyfikacje

potranslacyjne.
Do najlepiej poznanego zwiazku z tej grupy nalezy:
Nizyna- ktora jest antybiotykiem polipeptydowym wytwarzanym przez bakterie kwasu mlekowego Lactoccocus
Lactis. Z mikrobiologicznego punktu widzenia jest ona bakteriocyn

ą i jako jedyna jest produkowana na skale

przemyslowa. Dlatego jest powszechnie stosowana w przemysle spozywczym jako naturalny konserwant E234
Niszczy ona bakterie Gram+ przez tworzenie porów w błonie cytplazmatycznej, natomnist nie ma wcale wpływu
na gram(-).

14.

Metody liczenia bakterii

Metody tradycyjne polegają na zliczaniu bakterii w sposób 'manualny', pod mikroskopem. Przykłady zliczania
tradycyjnego: Metody DEFT (Direct Epifluorescent Filter Technique ) i Metoda Filtrów Membranowychh. DEFT -
zliczanie

pod mikroskopem osadzonych na fluoroscencyjnym filtrze komórek bakteryjnych (rozróżnienie na

żywe i martwe komórki). Metoda Filtrów Membranowych - analogiczna metoda co DEFT, jednakże tu zliczamy
całe kolonie bakteryjne wyrosłe na podłożu po przeniesieniu bakterii osadzonych na filtrze.
Metody zautomatyzowane np. metoda posiewów spiralnych oraz posiew ezą, metoda roll tube. Używa się tu
specjalnych

urządzeń

wykonujących

posiewy

zliczających

komórki

bakteryjne.

Metody zliczania komórek automatycznymi metodami biofizycznymi :
1) pomiar zmętnienia
2) impedancja, konduktancja podłoża
3) metody radiometryczne, kalorymetria
4) cytometria przepływowa
albo metodami biochemicznymi :
1) pomiar zmian aktywności poszczególnych enzymów np. dehydrogenaz
2) pomiar

zmian stężeń odpowiednich metabolitów np. ATP, pirogronian (przykład na pomiar stężenia ATP-

enzym lucyferaza)

15.

Dlaczego enzymy są stosowane w rozpuszczalnikach organicznych?

Zmieniając rozpuszczalnik zmieniamy specyficzność enzymu. Możemy także wpływać na kierunek reakcji, którą
przeprowadza (np. przeprowadzenie reakcji zupełnie odwrotnej do tej występującej w naturze).
* enzymy proteolityczne (np. chymotrypsyna) w chloroformie prowadzą syntezę wiązań peptydowych, a nie
hydrolizę; dodatkowo usuwa się produkt lub prowadzi reakcję w układzie dwufazowym, by przesunąć
równowagę w kierunku syntezy,
* podobnie jest z enzymami hydrolizującymi wiązania estrowe, które w rozp. org. prowadzą ich syntezę
(synteza tłuszczy podobnych do tych występujących w maśle kakaowym, z oleju palmowego lub oliwy z oliwek),
* laktaza z grzybów - w naturze syntezuje kondensaty związków aromatycznych, w rozp. org. wykorzystano go
do tworzenia oligomerów estrogenów.
16.

Jak działają i gdzie występują bakteriocyny?

Bakteriocyny

– stanowią dużą, heterogenną grupę substancji chemicznych, o budowie białkowej, zdolnych do

bakteriostatycznego lub bakteriobójczego działania w stosunku do licznych gatunków bakterii. Jednym z ich
głównych producentów są szczepy należące do gatunku Lactobacillus acidophilus, syntetyzujące bakteriocyny
o dość szerokim spektrum aktywności, hamujące między innymi bakterie chorobotwórcze z gatunków
Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Pseudomonas aeruginosa czy Mycobacterium spp.

Bakteriocyny:
* syntezowane są najczęściej pod kontrolą genetyczną genów zlokalizowanych na plazmidach, które
jednocześnie niosą genetyczne determinanty oporności producenta na działanie obecnej w środowisku
bakteriocyny;

* różnią się masą cząsteczkową, wrażliwością na działanie enzymów proteolitycznych, termostabilnością oraz
zakresem aktywności (bakteriocyny o wąskim i szerokim spektrum aktywności) i sposobem działania na
drobnoustroje; Na podstawie tych kryteriów dokonuje się podziału bakteriocyn;
* wykazują tendencję do zbijania się w agregaty oraz łączenia się z innymi cząsteczkami obecnymi w płynach
hodowlanych.

Bakteriocyny izolowane z:
* E.coli - kolicyny
* Pseudomonas aeruginosa - piocyny
* Bacillus megaterium - megacyny
* Serratia sp. - marcescyny
* Proteus - proteocyny, proticyny
* bakterii fermentacji mlekowej - laktocyny
o Lactococcus lactis subsp. lactis - nizyna

Na jakość i ilość wytwarzanych bakteriocyn wpływa skład i konsystencja podłoża oraz warunki hodowli (
temperatura, pH, napowietrzanie, wiek hodowli).

Aktywność bakteriocyn zależy od temperatury, pH, ciśnienia

osmotycznego, obecności proteaz, czy substancji hydrofobowych w pożywce.

Mechanizm działania bakteriocyn:
1) bakteriocyna przenika przez ścianę wrażliwych komórek;
2) oddziałuje z błoną cytoplazmatyczną;
3) tworzy hydrofilowe kanały w błonie;
4) następuje utrata potencjału błonowego;
5) zahamowanie procesów energetycznych zachodzących w strefie błony cytoplazmatycznej;
6) inaktywacja komórki i jej śmierć.

Bakteriocyny mają zastosowanie w przemyśle:
a) spożywczym np - nizyna;
b) piekarniczym;
c) mleczarskim;
d) weterynaryjnym.

L-

antybiotyki stanowią jedną z dwóch głównych klas bakteriocyn, wytwarzanych przez bakterie gramdodatnie

(należące do rodzajów Lactobacillus, Staphylococcus, Lactococcus, Bacillus, Enterococcus). Są to peptydy,
których cząsteczka zawiera aminokwas tioeterowy lantioninę, a czasem również 3-metylolantioninę (np. nizyna,
subtylina, epidermina)

– są termostabilne !!. Klasę II – stanowią bakteriocyny nielantybiotykowe - termostabilne

białka o masie poniżej 10 kDa, podzielone na 4 podklasy.

NIZYNA jest, jak dotąd jedyną bakteriocyną produkowaną na skalę przemysłową, która może być stosowana w
żywności i łączona z innymi biokonserwantami. Nie można jej otrzymać syntetycznie, dlatego do tego celu
wykorzystuje się bakterie Lactococcus lactis
* Niszczy bakterie gram(+) (Clostridium, Bacillus,Lactococcus,Lactobacillus) przez tworzenie porów w błonie
cytoplazmatycznej;
* Nie ma wpływu na bakterie gram(-), drożdże i pleśnie, ponieważ ich dodatkowa błona zewnętrzna jest
nieprzepuszczalna dla nizyny;
* Jest nietoksyczna dla organizmów wyższych;
* Jest powszechnie stosowana w przemyśle spożywczym jako naturalny konserwat (E234)- do konserwowania
produktów żywnościowych, tj. mleka spożywczego, napojów mlecznych, serów, produktów mięsnych i rybnych.
Jej dodatek do produktów mięsnych, serów topionych, jak i do mleka przy produkcji serów, zapobiega
rozwojowi bakterii masłowych, a tym samym wzdymaniu; Obecnie podejmuje się próby wykorzystania tej
bakteriocyny w leczeniu owrzodzeń układu pokarmowego wywołanych przez Helicobacter pylori.

17.

Różnice w produkcji i wykorzystaniu antybiotyków cytotoksycznych i przeciwbakteryjnych

Antybiotyki przeciwbakteryjne są produkowane przez grzyby i bakterie; antybiotyki cytotoksyczne mogą być
produkowane zarówno przez mikroorganizmy, jak i przez rośliny albo przez ssacze kultury tkankowe. Przy
produkcji antybiotyków cytotoksycznych występują trudności, ponieważ związki te są toksyczne w stosunku do
biochemi

i podziałów komórkowych całych komórek. W związku z tym uzyskuje się małe ilości tych

antybiotyków, gdyż w większych ilościach zabijają one komórki wytwarzające je. Roztwór pofermentacyjny
zawiera bardzo dużo białek, a związek docelowy jest trudno wyizolować, często pozostaje on we wnętrzu
komórek producenta. Przez cały czas produkcji ludzie pracujący przy tym muszą być specjalnie chronieni, a
ścieki detoksykowane ze względu na wysoką toksyczność. Zastosowania: antybiotyki przeciwbakteryjne

przeciwko chorob

om zakaźnym np. aminoglikozydy przeciwko infekcjom Mycobacterium tuberculosis (prątek

gruźlicy); antybiotyki cytotoksyczne są lekami przeciwnowotworowymi.

18.

Plastiki biokatalityczne

Biokatalityczne plastiki to materiały polimerowe zawierające enzymy. Tego rodzaju katalizatory są aktywne i
stabilne w wodzie oraz w rozpuszczalnikach organicznych. Na razie tego rodzaju technikę stosuje się w
stosunku do enzymów proteolitycznych. Jako polimery które uczestniczą w tworzeniu takiego biokatalitycznego
plastiku wyko

rzystuje się : polimetylometakrylan, ksylen, octan winylu, eter winylo-etylowy

Polimer ma zapewniać mechaniczna stabilność katalizatora jednocześnie ma sprawiać ze zamknięta w nim
cząsteczka będzie bardziej oporna termicznie i do pewnego stopnia chemicznie. Dobierając odpowiedni polimer
można sterować hydrofobowością bądź hydrofilnościa katalizatora.
Jak się robi bioplasitki:
R

eakcja przebiega w układzie dwufazowym: faza wodna i faza organiczna. W fazie wodnej jest enzym , dodaje

się czynnik modyfikujący cząsteczką białka np. chlorek akroilu, by nie straciła ona swoich właściwości i stała się
rozpuszczalna w fazie organicznej. Kiedy połączy się on z białkiem taki aglomerat wędruje do fazy organicznej
gdzie następuje polimeryzacja.

19.

Enzymy w rozdziale optycz

nie czynnych aminokwasów

Dwie ogólne strategie stosowane w otrzymywaniu aminokwasów optycznie aktywnych:
-

rozdział mieszanin racemicznych – polega na tym, że albo enzymatycznie syntezuje się odpowiednie

pochodne aminokwasów i wtedy (ponieważ enzymy działają tylko na jeden z enancjomerów) uzyskuje się
zmodyfikowaną pochodną tylko jednego z enancjomerów, albo rozdziela się enzymatycznie zsyntezowane
chemicznie odpowiednie pochodne
-

synteza z achiralnych substratów - strategia ta jest swego rodzaju naśladownictwem tego, co się dzieje w

naturze, bo achiralnymi substratami jest to, co w biosyntezie aminokwasów normalnie występuje i wszystkie
reakcje wykorzystywane tutaj to reakcje biorące udział w syntezie aminokwasów w komórce

Rozdział mieszanin racemicznych –jednocześnie zajdzie tzw. rozdział kinetyczny, bo enzym będzie zawsze
działał tylko na jeden z enancjomerów.
Podział :
albo enzym

będzie modyfikował jeden z aminokwasów w mieszaninie racemicznej (stosowane enzymy:

proteazy, oksydazy, aminoacylazy; reakcje estryfikacji, acylacji, oksydacyjnej deaminacji),
albo będzie działał na jeden z enancjomerów pochodnych aminokwasów: na chemicznie otrzymanych amidach
lub estrach aminokwasów przeprowadza się hydrolizę proteazami, esterazami lub lipazami.

Ciekawą grupą metod jest synteza pochodnych hydantoin i hydroliza za pomocą enzymów występujących u
mkroorganizmów – hydantoinaz oraz hydroliza aminonitryli przez nitrylazy lub hydrolazy nitrylowe.
Wykorzystuje się to w produkcji semisyntetycznych antybiotyków, gdzie potrzebne są aminokwasy niebiałkowe
o odpowiedniej konfiguracji (najczęściej D).

Biokonwersja hydantoin :

AMINOKWAS

ohydrolaza

min

AMINOKW

KARBAMYLO

POCHODNA

hydantiona

HYDANTOINA

Synteza hydantoiny odpowiedniego aminokwasu nie stanowi z chemicznego punktu widzenia problemu.
Hydantoinaza hydrolizuje pi

erścień hydantoinowy do odpowiedniej pochodnej N-karbamyloaminokwasowej,

drugi izomer z mieszaniny racemicznej hydantoiny pozostaje nietknięty. Na pochodną N-
karbamylowoaminokwasową działa się następnie amidohydrolazą z innego gatunku bakterii – w wyniku
h

ydrolizy amidu otrzymuje się D-aminokwas z teoretyczną wydajnością enancjomeryczną 100%. Obie reakcje

mają zastosowanie w przemyśle (obecnie dysponuje się hydantoinazami działającymi i na izomer D i na L).

Hydrolazy nitrylowe :

AMINOKWAS

amidaza

AMID

nitrylowa

hydrolaza

NITRYL

HCl

AMONIAK

ALDEHYD

AMINOKWAS

nitrylaza

NITRYL

Otrzymanie odpowiedniego nitrylu aminokwasu jest też prostą reakcją wymagającą określonego aldehydu,
donora grupy aminowej (tu: amoniak) i HCN. Otrzymany nitryl można poddać działaniu hydrolazy nitrylowej
(biokatalizator: komórki bakterii Rhodococcus), co daje odpowiedni amid hydrolizowany amidazą do
aminokwasu. Inna hydrolaza

– nitrylaza – hydrolizuje nitryl bezpośrednio do aminokwasu.

20.

Sposoby walki z insektami

Agrobacterium tumefaciens

– zawiera plazmid Ti (tumor inducing), jest to naturalny wektor, który normalnie

powoduje powstawanie narośli na korzeniach. Plazmid ten można zmodyfikować metodami inżynierii
genetycznej

, tak aby można nim było transformować komórki roślinne. Można ‘podmienić’ geny powodujące

powstawanie narośli, na geny które chcemy wprowadzić do rośliny, np. geny Cry z Bacillus thuringiensis.
Plazmid Ti ma powinowactwo do materiału genetycznego roślin które atakuje (niektóre rośliny motylkowe).

Bacillus thuringiensis

– bakteria ta podczas sporulacji wytwarza krystaliczne białka toksyczne dla owadów.

Białka te działają przez perforację owadziego jelita. Białka te są ponad 300 x bardziej skuteczne jako
insektycydy niż związki naturalnie wytwarzane przez chryzantemy, ponad 80 tyś. X bardziej skuteczne niż
insektycydy

fosforoorganiczne (które są szkodliwe dla ludzi, bo blokują acetylopoliesterazę). Białka Cry nie są

dla ludzi szkodliwe, ponieważ nie mają oni receptorów dla tych białek.

Bakulowirusy (Baculoviridae)

– są to wirusy owadzie, modyfikuje się je tak, aby były toksyczne dla określonego

gatunku owadów.

Źrodłem insektycydów mogą też być grzyby entomopatogenne, które wytwarzają : proteazy, enzymy
chitynolityczne, lipazy oraz w różny sposób działające toksyny, powodujące śmierć owadów.

Inne bioisektycydy

– nowej generacji : spinozyny.

21.

Leki przeciwnowotworowe

Antybiotyki przeciwnowotworowe to związki cytotoksyczne. Są one nieselektywne i bardzo toksyczne – cyto- i
kardiotoksyczne. Powodują zaburzenia biosyntezy białka i kwasów nukleinowych.

Antybiotyki przeciwrakowe:

1) Antracykliny

– produkowane przez promieniowce Streptomycetes; mają charakter glikozydowy, zawierają

grupę cukrowa i chromofor; produkowane w mieszaninach, ciężko znaleźć szczepy, które produkują te
antybiotyki selektywnie.

Przykłady antracyklin :

- daunorubicyna
- adriamycyna
- idarubicyna

2) Inne produkowane przez promieniowce na drodze fermentacji:

- ansamycyny

– produkowane przez Nocardia

- neomycyny

– bardzo skomplikowana budowa – trudności w syntezie chemicznej

- mitomycycny
- bleomycyny

– antybiotyki peptydowe

- antramycyny

3) Nukleozydy produkowane przez promieniowce.

Aktywność bakteriostatyczna, przeciwwirusowa, są też

antybiotykami przeciwnowotworowymi. Są to analogi strukturalne nukleotydów purynowych i
pirymidynowych; są bardzo toksyczne, dlatego są produkowane jako wyjściowe substraty do
chemicznych modyfikacji mających na celu ograniczenie skutków ubocznych.

22.

3 podejścia do regeneracji kofaktorów

1) dodatkowa reakcja enzymatyczna

– analogicznie jak w naturze – kofaktor reakcji oksydacyjno-redukcyjnej

regeneruje się w innej reakcji oksydacyjno-redukcyjnej, czyli do systemu trzeba dodać dodatkowy enzym, np. w
przypadku otrzymywania fenylomleczanu z fenylopirogronianu, do redukcji substratu potrzebny jest odpowiedni
donor protonów i elektronów – zredukowany NADH, enzym: dehydrogenaza fenylopirogronianowa, do
regeneracji zredukowanego NADH używa się drugiego enzymu – dehydrogenaza alkoholowa (w systemie
znajduje się alkohol etylowy)

2) zastosowanie kofaktora o zwiększonym ciężarze cząsteczkowym – najczęściej immobilizuje się kofaktor
wiążąc go z makromolekularnym czynnikiem, np., NAD połączono z glikolem polietylenowym zwiększając jego
ciężar do 10.000-20.000, dalej umieszcza się go w reaktorze membranowym wraz z enzymem, opisana
strategia jest modyf

ikacją pierwszej – też wymaga drugiego systemu enzymatycznego, tu: dehydrogenazy

mrówczanowej, oba enzymy znajdują się w tym samym miejscu (zimmobilizowane w matrycy) i regenerują in
situ kofaktor reakcji redukcji, wykorzystuje się to w produkcji L-tert-leucyny przez niemiecką firmę Degussa AG

3) prostym i atrakcyjnym jednocześnie rozwiązaniem jest zastosowanie całych komórek i dodatkowego źródła
węgla – przykład procesu wykorzystywanego przez firmę ELI LILLY do produkcji benzodiazepin – grupy
związków wykorzystywanych jako leki nasenne, uspokajające, przeciwdepresyjne, w reakcji enancjoselektywnej
redukcji substratu niezbędnego do produkcji następnego produktu przejściowego, z którego powstają potem
benzodiazepiny wykorzystuje się komórki mikroorganizmów przeprowadzające tę reakcję w odpowiednim
miejscu, jako źródło węgla stosuje się glukozę – dostarcza ona nie tylko źródła węgla (energii), ale i
ekwiwalentu redukcyjnego: komórki utleniają glukozę redukując przy okazji NAD, glukozy zużywa się 2 kg/kg
produk

tu, cały proces jest więc opłacalny

23.

Jakie grupy związków produkują Streptomycetes?

* Antybiotyki β-laktamowe (działają na transpeptydazę glikopeptydową odp. za tw. wiązań poprzecznych
między łańcuchami peptydoglikanu):
Streptomycetes cattleya

– Tienamycyna – działający na G(+) i (-) najsilniejszy znany β-laktam, odporny na β-

laktamazy, bo ma układ karbapenowy w pierścieniu;
* Inhibitory β-laktamaz:
Streptomycetes clavurigenes

– kwas klawulanowy – jednoczesnie niekompetycyjny inhibitor β-laktamaz i

antybiot

yk β-laktamowy; Streptomycetes olivacerus – kwasy oliwanowe (epitienamycyny);

* Antybiotyki aminoglikozydowe (działające na poziomie biosyntezy białka): streptomycyna (Streptomyces
griseus); neomycyna; kanamycyna; gentamycyna.
* Siderofory o aktywności antybiotycznej – sideromycyny (aldomycyna, ferrimycyna)
* Antybiotyki przeciwrakowe:
Antarcykliny

– mają charakter glikozydowy, zawierają grupę cukrowa i chromofor

* Nukleozydy -

aktywność bakteriostatyczna, przeciwwirusowa, są też antybiotykami przeciwnowotworowymi

24.

Przykłady zastosowania związków produkowanych przez mikroorganizmy modyfikowane

genetycznie
1) Somatotropina -

ludzki hormon wzrostu (stosowany w leczeniu karłowatości przysadkowej)

2) Insulina ( złożona z 2 łańcuchów polipeptydowych A i B, produkowanych odrębnie jako łańcuchy hybrydowe
przez 2 rodzaje zmodyfikowanych genetycznie bakterii. Następnie w sposób enzymatyczny łańcuchy A i B są
oddzielane od hybryd z tymi 'niepotrzebnymi' fragmentami i scalane w funkcjonalne białko-insulinę).
3) Czynni

ki krzepnięcia krwi (jako lek dla ludzi chorych na hemofilię)

4) Rekombinowane immunoszczepionki (gen toksyny tężca wszczepiony do genomu bakterii kwasu mlekowego
umożliwił stosowanie jadalnych szczepionek).
5) Somatotropina wołowa- 'mleczność' krów
6) Podpuszczka-

do produkcji serów twardych ( podpuszczka – enzym trawienny )

7) Enzymy : Lipazy, Proteazy, Glukanazy, Celulazy, Proteazy

25.

Skąd się pozyskuje szczepy, co to są kolekcje kultur?

Jakie zadania spełniają kolekcje kultur mikroorganizmów?
1) Gromadzen

ie i przechowywanie szczepów mikroorganizmów.

2) Prowadzenie prac badawczych mających na celu odkrycie nowych szczepów mikroorganizmów o
pożądanych cechach.
3) Klasyfikacja i identyfikacja mikroorganizmów.

Podstawowym źródłem szczepów są kolekcje drobnoustrojów.
1. ATCC-

drożdże, bakterie, pleśnie;

2. NRRL-

drożdże, bakterie, glony, grzyby strzępkowe

3. CBS-

drożdże, porosty, grzyby strzępkowe; możliwość zdeponowania materiału genetycznego

drobnoustrojów
4. DSMZ-

drożdże, pleśnie, plazmidy, wirusy

5. NCTC- bakteria
6. NCIMB-

bakterie dla przemysłu i medycyny

7. CCM-

bakterie, grzyby strzępkowe

8. CCY-

drożdże i promieniowce

Kolekcje światowe są zrzeszone w Światowej Federacji Kultur z siedziba w Japonii.
Polskie kolekcje należące doWFCC:
1. PCM- Polska Kol

ekcja Mikroorganizmów (Wrocław)

2. DMVB-

Państwowa Kolekcja Szczepów OddziałuWeterynarii (Puławy)

3. LOCK-

Ośrodek Czystych Kultur Drobnoustrojów Przemysłowych (Łódź)

4. IAFB-

Kolekcja Mikroorganizmów Przemysłowych (Warszawa)

5. LCC- Laboratorium Kolekcji Kultur (Olsztyn)
6. IBA- Warszawa

7. KOS- Gdynia
8. CPPPPI-

Kolekcja Patogenów Roślin (Poznań)

Rosja : 1979 rok; ochrona patentowa na szczepy
Polska: proces technologiczny może podlegać opatentowaniu ale szczep nie może.

Metody przechowywania szczepów :
-

okresowe przesiewy mikroorganizmów na pożywki stałe lub płynne i przechowywanie w

40°C
-

skosy agarowe zalane warstwą jałowej parafiny

opracowana indywidualnie metoda przechowywania (suszenie, liofilizowanie, mrożenie)

Kolekcje o charakterze przemysłowym zajmują się ponadto przygotowaniem i dostarczaniem czystych
kultur do zakładów przemysłowych.

Produkcja szczepionek przemysłowych :
1. Namnożenie szczepów składanych w optymalnych środowiskach hodowlanych
2. Uzyskanie dużej liczby komórek w stanie pełnej aktywności biochemicznej
3. Standaryzacja składu gatunkowego (zestawienie właściwych proporcji gatunkowych)
4. Zabezpieczenie żywotności komórek i ich właściwości biochemicznych przez odpowiednie
utrwalanie szczepionki W1

Przemysł winiarski, browarniczy, gorzelniczy- drożdże na skosach agarowych, w pożywkach
płynnych, zagęszczane hodowle, suszone, granulowane preparaty w ochronnej polewie.

Przemysł piekarski - kultury liofilizowane lub mrożone.

Szczepionki grzybów są przygotowywane jako:
- hodowle na skosach agarowych
-

hodowle na słupach przygotowanych ze świeżych skrawków roślin

wodna zawiesina zarodników

liofilizaty zarodników lub grzybni wegetatywnej

26.

Biosynteza ukierunkowana i kombinatoryjna

Ukierunkowana biosynteza

– metoda manipulacji podłożem należąca do biotechnologii tradycyjnej, mająca na

celu doprowadzenie do tego, aby metabolizm komórki przebiegał w danym kierunku. Stosuje się rożnego
rodzaju dodatki do podłoża – czynniki ograniczające lub stymulujące.
a)

Prekursory

– zwykle wiadomo, w jako sposób przebiegają szlaki metaboliczne prowadzące do

powstania określonego produktu, można to wykorzystać dodając odpowiedniego prekursora do pożywki. Np.
kwas fenylooctowy ukierunkowuje biosynteze penicyliny na synteze benzylopenicyliny; sztuczne aminokwasy
dodawane do podłoża powodują powstanie np. aktynomycyny.
b)

Induktory

– powodują rozpoczęcie syntezy metabolitu wtórnego, np. Met > cefalosporyna, Val >

tyrozyna, Tyr > alkaloidy ergolowe;
c)

Mutasynteza

– próby otrzymania w ten sposób zmiany proporcji syntezowanych metabolitów w

kierunku zwiększenia produkcji danego związku, lub w celu badania szlaku biosyntezy tego metabolitu.
Mutageneza w ujęciu tradycyjnym: szereg mutantów > izolacja pod względem wytwarzania interesującego
metabolitu >

badanie w którym miejscu jest mutacja > dedukcja szlaku metabolicznego.

Mutasyntezę stosuje się do produkcji antybiotyków aminoglikozydowych: mutanty niezdolne do syntezy
jakiegoś z aminocukrów, zamiast tego aminocukru stosuje się inny, który jest wbudowywany w produkt.

Biotechnologia nowoczesna dysponuje biosyntezą kombinatoryjną, wykorzystującą techniki rekombinacji DNA
metodami inżynierii genetycznej i biologii molekularnej. Większość enzymów szlaków biosyntez jest u bakterii
kodowana przez układy klasterowe. Do danego operonu można dodać gen, którego produktu bakteria
normalnie nie wytwarza.

27.

Na czym polega HACCP?

(HACCP) System Analizy Zagrożeń i Krytycznych Punktów Kontroli.
Ma zapewnić prawidłowy stan mikrobiologiczny produktów poprzez zapobieganie zagrożeniom w całym
łańcuchu produkcji (od surowców do opakowania i sprzedaży).

Tworząc system dla danego procesu produkcyjnego bierze się pod uwagę każde miejsce gdzie może nastąpić
zakażenie produktu. System ten obejmuje:
1. Analiza ciągu produkcyjnego- wyznaczenie wszystkich aspektów procesu (od surowca do sprzedaży).

2. Identyfikacja CCP

– miejsce, etap procesu związany z zagrożeniem mikrobiologicznym.

3. Monitorowanie (szybkie, zautomatyzowane metody)

28.

Co może być krytycznym p-tem kontroli?

Punktem Krytycznym (kontrolny punkt krytyczny

– critical control point CCP) jest:

- surowiec
- miejsce pobrania surowca
-

sposób transportu, postępowanie z surowcem

- opakowanie
-

mycie urządzeń

czystość rąk pracowników

29.

Nowoczesna biotechnologia w medycynie

1) Human Genome Project - badanie genomu ludzkiego
2) technologia rekombinowanego DNA
-

hodowla komórkowa ssaków - otrzymuje się szczepionki, leki, przeciwciała monoklonalne (wady : powolny

wzrost, drogie podłoże)
-

' żywe bioreaktory ' - np. ekspersja białek heterologicznych w gruczołach mlecznych myszy, królików, owiec,

krów i kóz ( np. trasngeniczne kozy - w ich gruczołach mlecznych ekspresjonuje się jeden z cyznników
krzepliwości krwi - III faza badań klinicznych; białka terapeutyczne w jajach transgenicznych kur)
- transe

gniczne rośliny: leki , szczepionki

3) przeciwciała monoklonalne
- technologia hybrydowa
-

podwyższenie ' pasywnej obrony organizmu ' - przeciwciała skierowane przeciwko określonym

mikroorganizmom
4) szczepionki - np szczepionki DNA - 1-sza szczepionka przeciwmalaryczna
5) terapia genowa - genetyczne szczepionki (np. przeciwrakowe -

geny samobójcze)

6) bioczipy DNA -

mała płytka na niej umieszczone nukleotydy o określonej sekwencji zasad - po detekcji

fluorescencyjnej można szybko zdiagnozować np. chorobę genetyczną (anemia sierpowata)
7) Klonowanie
blastocysta >

pierwotne komórki zarodkowe > każda tkanka ( możemy wyhodować każdą tkankę np do

transplantacji)

30.

MEOR

Microbial Enhanced Oil Recovery - Wspomaganie mikrobiologiczne wydobycia ropy naftowej
- wykor

zystanie odpowiednich mikroorganizmów w podziemnych złożach

dodawanie do wody związków powierzchniowo czynnych - żeby wypychały ropę naftową

wykorzystanie mikroorganizmów do zwiększania wydobycia ropy in situ

- problem -

duża powierzchnia

( niżej dodatkowe informacje )

31.

Dlaczego korzysta się z enzymów przystosowanych do niższych temperatur?

Korzyści technologiczne i ekonomiczne wynikające z zastosowania zimnych enzymów:
-

zmniejszenie ryzyka zakażeń drobnoustrojami mezofilnymi

obniżenie kosztów procesu

skrócenie czasu i obniżenie temperatury niezbędnej dla inaktywacji termolabilnego enzymu

poprawienie jakości produktu końcowego, który w podwyższonej temperaturze może ulec niekorzystnej

modyfikacji

Zastosowanie zimnych enzymów w biotechnologii:
- proces hydrolizy laktozy- b- galaktozydaza
- serowarstwo-

poszukiwania psychrofilnej podpuszczki nowe smaki serów

- piekarnictwo i piwiowarstwo- zimne proteinazy i a- amylazy
-

przetwórstwo owoców

tenderyzacja (zmiękczanie) gorszych gatunków mięsa- zimne proteazy

przetwórstwo i konserwacja mrożonej żywności

- detergenty- alkalostabilne proteinazy, lipazy i celulazy
- biologia molekularna- genetyczne modyfikacje
-

biotransformacje wymagające niskich temperatur

ochrona środowiska- biodegradacja ksenobiotyków i naturalnych polutantów

- biogeochemia -

ługowanie metali np. uranu

32.

Zasada genetycznego odcisku palca

Inaczej daktyloskopia DNA;
Specyficzny ukad prazków powstały na skutek trawienia określonego fragmentu genomu odpowiednio
dobranymi enzymami rest

rykcyjnymi in pózniejszej elektroforezie charakterystyczny dla danego osobnika.

Etapy analizy:
1.Izolowanie DNA
2.Trawienie za pomoca okreslonego enzymu restrykcyjnego np. HAE III GG/CC
3.Rozdzielenie za pomoca elektroforezy w żelu agarozowym
4.Unieruchomienie przez usuniecie wody
5.Denaturacja dwuniciowego DNA
6.Hybrydyzacja z sonda oligonukleotydowa
7.Uwidocznienie metoda właściwa dla zastosowanej sondy.
Zastosowanie:ustalenie rodzicielstwa, sukces rozrodzczy osobnika(etologia),kryminalistyka, medycyna,hodowla
zwierzat użytkowych (dziedziczenie zgodnie z prawami Mendla)

33.

Biosensory

– przykłady i zastosowanie

Biosensory

– sensory składające się z dwóch fragmentów : części receptorowej (bio), i części przetwornikowej

(optyczna lub elektroniczna). Zastosowanie w kompleksowych mieszaninach

– produkty spożywcze.

Część receptorowa może to być :
1) immobilizowane enzymy -

wysoka selektywność

2) komórki bakteryjne - mniejsza selektywność, większa czułość, można monitorować poziom toksyczności
środowiska
3) tkanki

Część przetwornikowa :
1) światłowody
2) potencjometry
3) półprzewodnikowe tranzystory

Przykład zastosowania biosensora w monitoringu zmian stężenia glukozy:
Przebiega reakcja utleniania D-glukozy do kwasu glukonowego tlenem (katalizowana przez glukooksy

dazę),

Bioluminescencja

– wykorzystanie, na czym polega, reakcja

Zjawisko emisji światła przez niektóre organizmy takie jak: bakterie, grzyby, pierwotniaki, skorupiaki, owady,
ryby, będące rezultatem utlenienia aldehydu: lucyferyny (lucyferyna - to wspólna nazwa pigmentów zdolnych do
emitowania światła, obecnych w organizmach żywych zdolnych do bioluminescencji, takich jak: robaczki
świętojańskie, ryby głębinowe i niektóre rodzaje drobnoustrojów).
Utlenianie przebiega

według poniższej reakcji:

lucyferyna + atp + o

> utl. lucyferyny + amp + co

+ ☼ (światło)

Reakcja ta zachodzi pod wpływem enzymu lucyferazy w obecności jonów Mg2+;
W przypadku bakterii cykl bioluminescencji rozpoczyna się od zredukowania FMN do FMNH2 który następnie
tworzy kompleks z lucyferazą (enzym złożony z dwóch podjednostek α i β kodowanych odpowiednia przez lux
A i lux B)
Wyróżnia się bioluminescencje:
• Pierwotna- naturalna zdolność do emisji światła wynikająca z metabolizmu (bakterie, grzyby)
• Wtórna- występuje u organizmów żyjących w symbiozie symbiozie bakteriami luminescencyjnymi
Najlepiej poznane bakterie bioluminescencyjne Vibrio fisher, Photobacterium luaferum;
Bioluminescencja może służyć do różnych celów np. świetliki → sygnalizacja godowa;
Zastosowanie:
• Produkcja testów do wykrywania ATP
• Do oceny ogólnej biotoksyczności różnych substancji (wód powierzchniowych, ścieków)
• Do badanie sterylności produktów przemysłu spożywczego, kosmetycznego, farmaceutycznego za pomocą
fagów. Fag lux L28→wykrywanie Wykrywanie E.coli w mleku (świecące mleko).

35.

Przemysł mleczarski (sery,mleka i bakterie)

Produkcja mleka-dwie procedury:
-Procedura UHT
-Pasteryzacja HTST.

Stały składnik mleka to tylko laktoza. Pozostała zawartość składników waha się-ulega zmianom w zależności
od środowiska, pory roku, rodzaju pożywienia i temperatury.

Bakterie

fermentacji mlekowej wykorzystywane są do produkcji: maślanki, kefirów, jogurtów, śmietany.

W produkcji sera w sposób fizyczny, chemiczny lub enzymatyczny powoduje się tzw. ścinanie sernika czyli
koagulację kazeiny i związanych z nią tłuszczy.

W zależności od metod produkcji sery dzielimy na:
-

sery twarde (wysoka temp podczas produkcji, duża ilość kwasów podczas fermentacji). np. ser szwajcarski.

sery miękkie i półmiękkie (powolna fermentacja, niska temperatura, kontroluje się poziom laktozy, mała i

powo

lna produkcja kwasów). np. ser Gouda

-se

ry świeże - wysoka produkcja kwasu mlekowego. np. ser biały, serek wiejski

Standaryzacja mleka

– polega na zacgiwaniu stosunku ilości białek do ilości tłuszczy.

P/F=const

Produkcja sera :
1.Przygotowanie mleka do produkcji:
-standaryzacja
-

filtrowanie (usuwanie większych osadów)

-klarowanie (sendymentator)
-

wirowanie w celu usunięcia bakterii w temp. 54 stopni Celsjusza (wirówki)

W zależności od sera : subpasteryzacja (66 st. C, szybkie chłodzenie; sery miękkie) lub pasteryzacja.

Dodaje się również do mleka:
-CaCl

–polepsza koagulację

-NO3

zapobiega pojawieniu się bakterii odpowiedzialnych za fermentację masłową

barwniki roślinne np. z papryki lub marchwi

-lipazy

–polepszają stopień rozkładu tłuszczy

2. Koagulacja :
Cel:destabilizacja składników mleka: oddzielenie białek i tłuszczy
Precypitacja zachodzi w wyniku zakwaszenia (dodatek bakterii fermentacji mlekowej-

hydrolizują laktozę dając

kwas mlekowy) lub ogrzewania.

Sery dojrzewające: stosuje się dodatkowe procesy enzymatyczne następujące po strąceniu sernika.
Wykorzystuje się chymozynę (podpuszczka, renina - proteaza występująca w żołądkach cieląt karmionych
mlekiem; enzym ma niską aktywność proteolityczną – białko ścina się i ulega trawieniu w niewielkim stopniu).

3. Ogrzewanie i oddzielanie serwatki.
Dodawany jest dodatkowy czynnik denaturujący.Różna temperatura w zależności od rodzaju sera

4.Nadawanie kształtu
5.Solenie (umieszcza się sery w solance lub wciera się grubą sól w powierzchnię sera. Stanowi to ochronę
przed bakteriami, dla których wysokie stężenie soli jest zabójcze)
6.Dojrzewanie (działanie bakterii, enzymów mleka, podpuszczki; dodanie lipaz, subst. zapachowych i
smako

wych, również pleśni i drożdży ( wszystko to w zależności od rodzaju sera ).

Proces trwa od kilku tygodni do kilku lat!

Stosowane enzymy :
-

proteinazy koagulujące (hydrolazy peptydów rozszczepiające wiązania peptydowe wewnątrz cząsteczki

polipeptydu -

ułatwiają ścinanie)

lipazy (wzbogacają aromat)

β-galaktozydazy (hydroliza laktozy serwatki)

lizozym (hamowanie fermentacji masłowej)

katalaza (enzymatyczna „pasteryzacja” mleka)

koagulanty mikrobiologiczne zastępujące chymozynę – mucol (chymozyna – inaczej podpuszczka, rennina

rozkłada rozpuszczalne białko mleka (kazeine) )
-

podpuszczki roślinne (ekstrahowane z kwiatów)

Serwatka -

płynna część mleka pozostała po produkcji sera (odpad bogaty w cukry).

Serwatkę zagęszcza się przy użyciu następujących metod:
-ultrafiltracja
-frakcjonowanie

-odwrotna osmoza
-denaturacja termiczna
-

strącanie w niskim pH

Dwie ostatnie metody

– odzysk białek nierozpuszczalnych i nieprzydatnych na ścinanie.Odzyskuje się

dodatkowo laktozę (do otrzymywania hydrolizatów), a następnie syropy glukozowo-galaktozowe. Laktozę
odzyskuje się poprzez hydrolizę (kwaśną lub enzymatyczną) lub oczyszczanie. Do produkcji syropów
stosowana jest laktaza pochodząca z Aspergillus Niger lub z E. coli.

Serwatka ma ogromne zastosowanie:
-produkcja SCP*

z drożdży

produkcja etanolu (proces beztl. I mało wydajny, bo drożdże nie tolerują wysokich stężeń alkoholu)

produkcja napojów niealkoholowych

-fermentacje niealkoholowe-

całą lub odtłuszczoną serwatkę poddaje się fermentacji z użyciem bakterii

fermentacji mlekowej.

Proces fermentacji mlekowej: Laktoza ulega

glikolizie do pirogronianu, który następnie jest przekształcany do

kwasu mlekowego. U części bakterii dodatkowo powstaje kwas octowy oraz dwutlenek węgla.

*SCP (single cell protein) is a protein extracted from cultured algae, yeasts, or bacteria and used as a substitute
for protein-rich foods, especially in animal feeds. Many types of animal feeds contain single cell proteins.

36.

Właściwości bakterii fermentacji mlekowej

Fermentacja węglowodanów do kwasu mlekowego odbywająca się pod wpływem działania bakterii mlekowych.
Fermentacja ta odgrywa kluczowe znaczenie przy produkcji wielu przetworów mlecznych.Dwa najważniejsze
szczepy to:
- Streptococcus (np. lactis)
- Lactobacillus

Przy fermentacji mlekowej dla przemysłu mleczarskiego korzysta się z tego, że metabolizmowi
mikroorganizmów rosnących na laktozie towarzyszy powstawanie szeregu metabolitów pośrednich, które potem
występują w wytwarzanych produktach powodując, różnice między np. jogurtem czy maślanką.
- Lactobacillus -

jeśli warunki fermentacji będą za bardzo beztlenowe to zamiast kwasu mlekowego powstanie

kwas octowy, przez co zmienia się walory produktu
- Leukonostoc -

jako metabolit pośredni wytwarza acetoinę rozkładaną następnie do diacetylu związek ten

nadaje produktom fermentowanym przez te bakteri

e zapach maślany.

- Lactobacillus burgalicus i Streptococcus thermophilus

– ich metabolizmowi towarzyszy powstawanie

acetaldehydu, który jest głównym składnikiem smakowym jogurtu.

37.

Szczepionki, startery mleczarskie

Mikroorganizmy używane w przemyśle mleczarskim nazywamy szczepionkami mleczarskimi lub starterami. Są
to mieszanki różnych szczepów lub rzadziej jedna czysta kultura bakterii. Szczepionki (startery) wytwarzają
specjalne laboratoria lub niekiedy laboratoria zakładów mleczarskich. Skład drobnoustrojów w szczepionce
zależy od tego, dla jakiego produktu jest przeznaczona.
Wykorzsytuje się głównie Streptococcus i Lactobacillus (wykorzystują laktozę jako substrat, ale maja nieco inny
metabolizm, powstają różne związki odróżniające np. kefir od jogurtu )
Startery:
1) zamrożone do bezpośredniej inokulacji;
2) zamrożone do podhodowania(zaszczepienie mniejszej ilości mleka i przeniesienie do objętości
produkcyjnej);
3) liofilizowane proszki.

Przykładowe mikroorganizmy starterowe:
Streptococcus cremonis, Streptococcus lactis, Streptococcus diacetylactis, Leuconostoc cremonis

– maślanka

Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus

– jogurt, Llactobacillus acidophilus – kwaśne mleko

38.

Biokonserwanty w mleku

Nizyna

jest, jak dotąd jedyną bakteriocyna produkowana na skale przemysłowa, która może być stosowana w

żywności i łączona z innymi biokonserwantami.

-

niszczy bakterie Gram (+) przez tworzenie porów w błonie cytoplazmatycznej; czyli hamuje rozwój szeregu

szczepów bakterii z rodzaju: Staphylococcus, Micrococcus,Clostridium, Bacillus, Listeria, Lactococcus,
Lactobacillus

nie ma wpływu na bakterie Gram(-), drożdże i pleśnie, ponieważ ich dodatkowa błona zewnętrzna jest

nieprzepuszczalna dla nizyny; czyli nie hamuje takich zarazków jak Escherichia coli, Salmonella,
Campylobacter, Yersinia
-

nie działa na przetrwalniki ale uniemożliwia przekształcenie się ich w formy wegetatywne

jest nietoksyczna dla organizmów wyższych

jest stosowna w przemyśle spożywczym jako naturalny konserwant (E234):

- do konser

wowania produktów żywnościowych tj. mleko spożywcze, napoje mleczne, sery, produkty mięsne i

rybne, żywność konserwowana w puszkach
-

jej dodatek do produktów mięsnych, serów topionych, jak i do mleka przy produkcji serów zapobiega

rozwojowi bakterii masłowych a tym samym wzdymaniu
-

w niektórych krajach dopuszcza się stosowanie nizyny w produkcji mleka, deserów mlecznych i innych

napojów co zapobiega ich kwaśnieniu.

39.

Szczepionki mobilizujące i wzbogacające

Od pewnego czasu starano się umożliwić roślinom korzystanie z azotu atmosferycznego. Nitrogenaza - enzym
występujący u bakterii Rhizobium i Azotobacter - działa jednak tylko w nieobecności tlenu i nie może zostać
umieszczona w transgenicznej roślinie. Wprowadzono jednak szczepionki mikrobiologiczne z symbiontów, które
wzbogacają glebę.
- Nitragina -

to sz. wzbogacająca: jałowa gleba + bakterie Rhizobium (szczepów wirulentnych - łatwo

podejmujących współpracę z rośliną). Można zaprawiać nią nasiona lub rozsiewać na polu. Jej użycie jest
ograniczone do roślin motylkowych, ze względu na rodzaj bakterii. Jest to ogólnie nawóz bakteryjny zawierający
specjalnie dopasowany szczep symbiotycznych bakterii brodawkowych przygotowany do zaprawienia nim
nasion roślin motylkowych.
- Azotobakteryna -

jej składnikiem są bakterie Azotobacter, posiadają kilkaset razy większą efektywność

wiązania N2 niż ich dziki odpowiednik. Może być stosowana dla wszystkich roślin, nie tylko motylkowych.
Szczepionka wzbogaca glebę w zw. azotu przyswajalne przez roślinę. Azotobacter produkuje też auksyny,
gibereliny, witaminy i aminokwasy, substancje grzybobójcze.
-

Szczepionki mobilizujące (udostępniające; gł. związki fosforu):Fosfobakteryna - z bakteriami Bacillus

megaterium, które mineralizują organiczne związki fosforu i wydzielają substancje rozpuszczające te związki.
- Szczepionki

z bakterii Pseudomonas pulidas, "uruchmiających" żelazo (posiadają siderofory kompleksujące

jony Fe).
-

Są także szczepionki oparte o mikoryzę - współżycie rośliny wyższej i grzyba (endo- i ektotroficzne).

Zastosowanie ma ektomikoryza -

wytworzono nasiona dębów i orzechów zaprawione już zarodnikami czarnej

trufli.

Najlepiej są poznane dwie skrajne formy mykorizy:
-

mykoriza zewnętrza – ektotroficzna

mykoriza wewnętrzna – endotroficzna

Różnica między tymi dwoma rodzajami polega na obszarze kolonizacji, ale też na tym, jakie gatunki grzybów
występują.

Ektomykoriza

– (łatwiejsza do badania i stwierdzenia, że rzeczywiście istnieje) kolonizacji ulegają zewnętrzne

partie korzenia, widać wówczas nalot grzyba na zewnątrz (zewnętrzny kożuszek grzyba), ale grzyb wrasta
również swoimi strzępkami do przestworów międzykomórkowych.

Endomykoriza

– mykoriza wewnętrzna, trudniejsza do badania, bo nie widać, że istnieje, wiadomo tylko, że

musi występować, gdyż niektóre gatunki roślin obligatoryjnie taką mykorizę muszą zawiązywać. Kolonizacji
ulęgają głębsze partie kory pierwotnej, grzyb rozwija się wewnątrz komórek. Jest to symbioza obowiązkowa –
poza komórkami roślinnymi, tego grzyba nie można hodować.

40.

Dlaczego lipazy mają tak szerokie zastosowanie?

Lipazy - h

ydrolazy katalizujące w warunkach fizjologicznych reakcje hydrolizy triacylogliceroli; występują u:

organizmów zwierzęcych, roślinnych i mikroorganizmów;
-

mogą także katalizować inne reakcje takie jak: hydrolizy, estryfikacje, transestryfikacje i laktonizacje;

w wyniku katalizowanych przez nie reakcji powstają: leki, herbicydy, insektycydy, emulgatoru, substancje

zapachowe, aromaty, słodziki,kwasy, alkohole, polimery peptydy, steroidy, cukry, lipidy i związki
metaloorganiczne;
- lipazy pozyskuje

się z : Candida, Aspergillus Niger, Pseudomonas

rozpuszczają się w wodzie,

są aktywne w szerokim zakresie pH (5,6 - 8,5),

nie wymagają kofaktorów,

są stabilne w rozpuszczalnikach org.,

- optimum temperaturowe 30 - 40 st. C,
-

mogą przyjąć konformację dla substartów znaczenie różniących się wielkością (zachowując

nancjoselektywność),

do przeprowadzenia reakcji wystarczają substr. średnio oczyszczone,

działają na granicy woda-tłuszcz,

- regiospecyficzne i enancjoselektywne,
-

specyficznie w stosunku do hydrolizowanego wiązania estrowego,

mogą być stosowane do syntez: leków, herbicydów, emulgatorów, słodzików, subst. zapachowych,

polimerów, cukrów, zw. metaloorganicznych...

41.

Co to są przeciwciała monoklonalne?

Przeciwciała monoklonalne zbiór przeciwciał, które wykazują jednakową swoistość względem danego
antygenu i ewentualnie takie samo lub podobne powinowactwo. Nazwa wywodzi się stąd, że wszystkie takie
przeciwciała są otrzymywane z jednego klonu limfocytów B. Przeciwieństwem przeciwciał monoklonalnych są
przeciwciała poliklonalne, czyli takie, które wiążą różne antygeny i względem tego samego antygenu wykazują
różne powinowactwo. Można je uzyskać w dużych ilościach dzięki fuzji komórki wytwarzającej przeciwciało
(limfocytu) z komórką szpiczaka, w wyniku której powstaje tzw. hybrydoma. Wykorzystanie przeciwciał
monoklonalnych:
1. u

kierunkowanie leku przeciwnowotworowego na komórkę rakową – sprzęga się cząsteczkę leku z

przeciwciałem otrzymanym w stosunku do określonego nowotworu.
2. katalizowanie reakcji chemicznych

– otrzymuje się jest tak, aby przeciwciało stabilizowało określony stan

prz

ejściowy

3. nowy trend biotechnologii w medycynie

– testy diagnostyczne, nośniki leków, podwyższenie „pasywnej

obrony mi

kroorganizmu”.

42.

Abzymy

– przeciwciała katalityczne

Abzymy to przeciwciała o charakterze enzymatycznym. Uzyskuje się je w odpowiedzi na antygeny będące
analogami stanu przejściowego danej reakcji enzymatycznej. Przeciwciało może wtedy związać substrat takiej
reakcji, a w wyniku tego wiązania dochodzi do zmiany konformacyjnej substratu, dzięki której jego kształt
przypomina związek przejściowy. Ponieważ związek przejściowy jest w danej reakcji związkiem o najwyższej
energii, może on teraz łatwo przekształcić się w produkt reakcji.Od zwyczajnych enzymów abzymy różnią się o
wiele mniejszą szybkością reakcji (zwykle 3 - 4 rzędy wielkości), w odróżnieniu od enzymów nie podlegały one
bowiem długiej ewolucji i nie są tak dobrze dostosowane do swej enzymatycznej roli. Nie mniej jednak, abyzmy
mogą być stosowane tam, gdzie ich zdolność katalityczna jest potrzebna, a np. nie znany jest enzym, który
mógłby przeprowadzić daną reakcję, bądź jest on trudny do wyodrębnienia.

Zasada ich działania polega na tym, że mogą one przeprowadzić substrat w produkt poprzez związek pośredni,
analogicznie do enzymów. Abzymy otrzymuje się w ten sposób, że otrzymuje się przeciwciała monoklonalne
przeciwko antygenowi podobnemu do stadium przejściowego reakcji enzymatycznej. Takie przeciwciało może
wiązać substrat tej reakcji i przekształcać go do stanu przejściowego, zaś dalsza część reakcji zachodzi
samorzutnie. Abzymy są o wiele mniej skuteczne od enzymów, ale prawdopodobnie znajdą zastosowanie w
katalizie niespotykanych w przyrodzie reakcji.

43.

Co to jest gluten, glukan?

gluten -

substancja białkowa zawierająca 80-90% białka, elastyczna, lepka, plastyczna; występuje w ziarnach

zbóż
gluten pszenny -

otrzymuje się przez odmywanie mąki wodą ,od zawartości i ilości glutenu zależą walory

wypiekow

e mąki. Gluten zawiera: gliadynę (40-50%), gluteinę(35-40%), inne białka(3-5%), ponadto: Gln, Glu,

Pro, Leu, Ile.
glukan -

organiczny związek chemiczny, polisacharyd, jeden ze składników błonnika pokarmowego. Występuje

w owsie, jęczmieniu, życie i pszenicy.

44.

Substancje smakowe i zapachowe naturalne i identyczne z naturalnymi

Środek zapachowy (smakowy) identyczny z naturalnym otrzymuje się przez wykorzystanie szlaku
metabolicznego charakterystycznego dla roślin, a funkcjonującego w innych, niższych organizmach. Produkt
identyczny z naturalnym (uzyskiwany z mikroorganizmów) jest o wiele tańszy.

Metody biotechnologiczne umożliwiły stosowanie związków mających wiele wspólnego ze związkami
naturalnymi

– są naturalne, ale ponieważ nie pochodzą z naturalnego źródła, są nazywane identycznymi z

naturalnymi.
Przykłady:
4

– dekanolid – zapach owocowo – tłusty

Wanilina

– produkowana przez grzyby, naturalna - ekstrahowana z nasion wanilii.

Benzaldehyd

– uwalniany z cyjanogennego glikozydu – amygdaliny (nasiona pestkowców) i to jest aromat

naturalny. Natomiast wykorzystując podstawczaki do degradacji Phe, możemy otrzymać 3-fenylopropanol i
benzaldehyd, ale to już jest aromat identyczny z naturalnym.

45.

Preparaty enzymatyczne w piwie i mleko

Mleko

– produkcja serów:

- protei

nazy koagulujące (ułatwiają ścinanie)

lipazy (wzbogacają aromat)

β-galaktozydazy (hydroliza laktozy serwatki)

lizozym (hamowanie fermentacji masłowej)

katalaza (enzymatyczna „pasteryzacja” mleka)

koagulanty mikrobiologiczne zastępujące chymozynę – mucol

podpuszczki roślinne (ekstrahowane z kwiatów)

Do procesu produkcji piwa:
-

α-amylaza bakteryjna (hydroliza skrobii)

β-glukanaza bakteryjna lub grzybowa (hydroliza β-glukanu)

- bakteryjna proteinaza

neutralna (hydroliza białek zapasowych)

- gotowe mieszanki enzymatyczne (np. Cremix firmy Novo Nordisk)
Dodawane do gotowego produktu:
- Maturex

– dekarboksylaza acetomleczanu – przyspiesza dojrzewanie (podczas dekarboksylacji

acetomleczanu powstaje diacetyl odpowiedzialny za smak)
- oksydaza glukozowa

– przeciwutleniacz, dodawany do piwa przed pakowaniem aby nie zmieniał się jego

smak podczas przechowywania
- enzymy proteo- i glikolityczne

do stabilizacji koloidalnej oraz ułatwienia filtracji

46.

Liposomy

Odkryte w latach 60-

tych, zbudowane z podwójnej warstwy lipidowej ,w skład której wchodzą fosfolipidy

przybierające kształt kulisy pęcherzyki. Ze względu na swoją zdolność do integracji z błonami biologicznymi
mogą służyć jako przenośniki substancji dla których błony są nie przepuszczalne (substancja zamykana
wewnątrz pęcherzyka).
Występują trzy grupy liposomów:

• Małe liposomy jednowarstwowe SUV
• Duze liposomy jednowarstwowe LUV
• Wielowarstwowe liposomy MLV

Otrzymuje się je poprzez sonikacje (wytrząsanie z użyciem ultradźwięków) zawiesiny odpowiednich lipidów
lipidów środowisku wodnym. Aby zamknąć określona substancje (lek lub jon)wewnątrz tworzonego liposomu
należy substancje ta dodać do wodnej zawiesiny lipidów przed sonikacja.
Liposomy wnikają do komórki na drodze: adsorpcji, endocytozy (trawione przez lizosom) lub fuzji.
Liposomy można zamaskować poprzez kwas sialowy lub polietylen glikolu w wyniku czego liosom taki nie
wywołuje odpowiedzi immunologicznej a jago trwałość w organizmie wzrasta (maskowane liposomy = leczenie
nowotworów)
Zastosowanie:
• Transport substancji do wnętrza komórki;
• Przemysł farmaceutyczny
• Przemysł kosmetyczny
• Transfer genów

47.

Sposoby wykorzystania odpadów poprodukcyjnych (melasy, serwatki)

Wykorzystanie serwatki:
-

produkcja SCP (single cell protein) przy pomocy drożdży wyselekcjonowanych do szybkiej fermentacji laktozy

(serwatka tak jest najpierw odbiałczana ze względu na drożdże)
-

produkcja etanolu, też przy pomocy drożdży – proces beztlenowy, mało wydajny, z 42 l serwatki można

otrzymać tylko 1 l etanolu
- produkcja kwasu mlekowego przez Lactobacillus bulgaricus czy grzyb Rhizopus
-

produkcja napojów niealkoholowych z dodatkiem soków owocowych

- fermentacje niealkoholowe

– całą lub odbiałczaną serwatkę poddaje się fermentacji mlekowej

Zastosowanie

melasy ( ciemnobrązowy, gęsty syrop o odczynie słabo alkalicznym. Powstaje jako produkt

uboczny podczas produkcji cukru spożywczego) :
- Aspergillus niger - produkcja kwasu cytrynowego (fermentacja powierzchniowa)

drożdże Candida - produkcja kwasu cytrynowego (fermentacja wgłębna)

- produkcja etanolu w procesie fermentacji beztlenowej, przy okazji powstaje biogaz (CH

, CO

, NH

). Jako

substrat wykorzystuje się wysokocukrowe melasy (po częściowej hydrolizie rozcieńczonym kwasem) lub
melasy końcowe pozostałe po produkcji spożywczego cukru. Fermentację alk. przeprowadzają drożdże oraz
termofilne bakterie Clostridium
- produkcja kwasu glutaminowego w procesie tlenowym przez Corynebacterium, Brevibacterium, Arthrobacter.
Potrzebne jest jeszcze źródło azotu, melasa to tylko źródło węgla.

Zastosowanie

substratów celulozowych:

- produkcja etanolu

– ale najpierw substraty te trzeba poddać obróbce, bo niewiele mikroorganizmów rozkłada

celulozę
- p

rodukcja SCP wykorzystująca różne substraty odpadowe:

wytłoki z trzciny cukrowej, scieki z papierni, ługi posulfitowe (glukoza, celuloza, pentozan) – Cellulomonas,

Thermomonospora
-

obornik kurzy, bydlęcy, świński (mocznik, kwas moczowy, białka, niebiałkowe związki N) – Pseudomonas

fluorescens, Rhodopseudomonas
-

odpady z przetwórni mięsa (kolagen, niebiałkowe zw. N) – Bacillus megaterium (SCP może zostać potem

użyte jako dodatki do pasz albo żywności)

48.

Żywe bioreaktory – do czego służą?

Żywe komórki organizmów służące syntezie określonych, wyznaczonych przez nas heterologicznych białek, np.
- k

om. gruczołów mlecznych: myszy, kóz, owiec, królików, krów - bo wydzielanie białek z mleka jest prosta stąd

duża wydajność
transgeniczne kozy - synteza antytrombiny III -

czynnik krzepliwości krwi

- kom. jaj transgenicznych kur -

białka terapeutyczne

- kom.

transgenicznych roślin

* nowoczesne jadalne immunoszczepionki np. w sałacie
* przeciwciała monoklonalne

kom. śledziony transgenicznych myszy (XENOMOUSE)

* limfocyty zaw. sekwencje ludzkich immunoglobulin

49.

Aspergillus niger

- fermentacja na szeroka skale
- prod.kw.cytrynowego
- substrat: melasa +

składniki nieorg. + kw. glukonowy + żelazicyjanek potasu w odpowiednich ilościach

proces powierzchniowy i wgłębny

- prod. kw. glukonowego - substrat: glukoza lub syrop dekstranowy, namok kukurydziany, mocznik, sole
amonowe
- prod. kw. itakonowego - proces wglebny [akonityn > (dehydrogenaza itakonowa ) > kw.itakonowy]
-

hydroksylacja układu sterydowego progesteronu - przykład regioselektywnej hydroksylacji

skladnik preparatu lipazy służącego do usunięcia triacylogliceroli z pulpy drewna miękkiego wytwarzanej

metodą mechaniczna
-

produkcja pepsynopodobnych proteinaz kwaśnych do hydrolizy białek soi (juz nie koniecznie A. niger)

- produkcja pektynazy o akt. esterazowej, liazowej (liaza poligalakturonowa i endo poligalakturonowa), dziala na
wiele skł. pektyn
-

preparat enzymatyczny z Aspergillus niger dodawany jest do serów z niebieską pleśnią – przyspieszenie

tworzenia kwasów tłuszczowych i δ-laktonów

50.

Wykorzystanie mikroorganizmów in situ

wykorzystywane ze względu na możliwość:
- pozysk

iwania dzięki nim pewnych substancji

* dzieki ich matabolizmowi -

prod. kwasow (bioługowanie)

* dzieki ich właściwościom

- akumulacja zw. na pow. kom (biosorpcja)
-

aktywne pobieranie do wnętrza kom (pierwiastków - chelatowanych przez odp. bialka)

zagęszczanie substancji przez biomasę (akumulacja związków)

- syntezy substancji

dla środowiska (biosurfaktanty, bioinsektycydy, enzymy)

Wykorzystanie ze wzg. na mozliwosci:
-

adaptacja do środowiska

odporność na ekstremalne warunki t, p, pH, osmotolerancja

powszechność, łatwość hodowli, szybki wzrost

- liczne kultury -

wykorzystanie objętości biomasy (wydajność procesów)

51.

Zastosowanie specyficznych enzymów w piekarnictwie

Stosuje się mikrobiologicznego pochodzenia proteazy i amylazy dodawane do mąki w celu poprawienia
struktury ciasta („udawanie” drożdży).
-

α-amylaza grzybowa – działa na skrobię

- proteazy grzybowe z A.oryzae (endo-

i egzoproteazy) powodują powstanie wolnych aminokwasów

intensyfikujących wzrost drożdży, dodatkowo powstaje odpowiedni kolor skórki pieczywa
- preteazy bakteryjne z B.subtilis

– specyficzna hydroliza glutenu, spadek lepkości mąki, mniejsze wiązanie

wody, powstaje pieczywo chrupkie.

52.

odyfikacje roślin - typy

Rodzaje modyfikacji roślin :
1. odporność na herbicydy (chemiczne środki ochr. roślin, środki chwastobójcze)

- najpowszechniejsze
-

pozwala na stosowanie herbicydu, bez obawy o zniszczenia uprawianej rośliny

albo zupełnie nowe geny, albo dodatkowe kopie obecnego już w niej genu, odpowiedzial. za

wytwarzanie enzymów rozkładających herbicydy.
-

kukurydza, soja, rzepak, tytoń, pomidory.

firmy biotechnologiczne oferują jednocześnie herbicydy z roślinami modyfikowanymi genetycznie

odpornymi na nie.

2. odporność na choroby powodowane przez grzyby, wirusy, bakterie.

- transgen kod. enzymy -

hitynaza, glukanaza, które niszczą ścianę komórkową patogennych

mikroorganizów. Inny transgen, koduje osmotynę - białko wiążące się z bł. komórkową powodując jej
zniszczenie.
-

odporność na wirusy - wprowadzenie do rośliny genów białek płaszcza (kapsydu) danego wirusa, a

także jego enzymów: replikazy, proteazy. Późniejsza infekcja tym wirusem jest znacznie słabsza lub
skutki choroby pojawiają się z dużym opóźnieniem.
-

tytoń odporny na wirusa mozaiki tytoniowej (TMV)

3. odporność na owady - szkodniki.

- gen Bt -

z bakterii glebowej Bacillus thuringensis. Gen ten koduje specyficzne białko - Cry - toksyczne

dla owadów.
-

białko uzyskuje swoją toksyczność tylko wewnątrz przewodu pokarmowego określonych gatunków

szkodn

ików, nie jest toksyczne dla innych organizmów.

ziemniak odporny na stonkę, bawełna, kapusta, pomidory, kukurydza.

4. odporność na niekorzystne warunki środowiska.

mróz (geny flądry arktycznej), wysoką temperaturę, suszę, i zasolenie gleby

rośliny odporne na zanieczyszczenia środowiska, głównie szkodliwe metale w glebie.

5. poprawa cech jakościowych oraz użytkowych roślin.

opóźnienie dojrzewania (zwiększenie trwałości) - przez wprowadzenie dodatkowych genów: PG – kod.

poligalakuronazę - ale w pozycji antysensownej.
-

uniemożliwiała powstanie tych enzymów (rozkładających ścianę komórkową) - warzywa i owoce

dłużej są świeże.
-

zwiększenie zaw. suchej masy przez wzrost syntezy skrobi - pomidory,

transgeniczny ryż (z genami żonkila) - zwiększona prod. beta-karotenu, prekursora witaminy A

pszenica o zwiększonej zaw. glutenu - co poprawia cechy mąki z takich ziaren.

intensywniejsza barwa (nadprodukcja karotenoidów), zmiana tekstury zabarwienia - nowe kolory,

lepszy zapach
-

wprowadzenie genów odpow. za prod. białek odżywczych; większej zaw. mikroelementów, usuwanie

substancji alergennych, a także nadające lepszy smak i intensywniejszy aromat – np. kawa, którą też
zmieniono tak, że zawiera do 70 % miej kofeiny
- polskim akcentem jest modyfikowan

a sałata produkująca szczepionkę na zapalenie wątroby typu B -

opracowana w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu pod kier. prof. Legockiego - jest to
przykład wykorzystanai rośliny jako bioreaktora. W ten sposób można uzyskiwać także inne białka,
enzymy, antybiotyki.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Pytania z egzaminu testowego :

1. Penicylina

– co ją wytwarza ? :

Pleśn ( grzyb ) - Penicillium notatum. Polska nazwa tej pleśni to pędzlak.

Co nie wlicza się w bioremediację ? :

wliczamy : biosorbcję, bioakumulacje,biokonwersja, biodegradacja, fitoremediacja, biowentylacja,

biostymulacja, bioaugmentacja

- biostymulacja

( np. dostarczenie składników odżywczych do środowiska)

- biowentylacja (

tłoczenie powietrza do miejsca skażenia pod powierzchnią)

- bioaugmentacja (

wprowadzenie dodatkowych mikroorganizmów)

Lantybiotyki co to, na co działają i czym są - czy są to bakteriocyny ? :

Lantybiotyki -

antybiotyki peptydowe zawierające lantionine - w większości produkowanye przez i

działające na bakterie gramdodatnie. Wśród związków zaliczanych do lantybiotyków znaleźć można również
inne nietypowe aminokw

asy: niektóre występujące częściej takie jak dehydroalanina, inne bardziej „unikatowe”

Mechanizm działania: poracja membrany cytoplazmatycznej, liza komórek,

hamowanie lub zakłócanie syntezy DNA, RNA, białek. Tak są to bakteriocyny.

4. Regioselektywność na przykładzie reakcji :

Specyficzn

ość - enzymy charakteryzują się zwykle dużą specyficznością pod względem katalizowanej

reakcji, jak i również konwertowanych substratów. Za wysoką specyficzność odpowiada kształt cząsteczki
enzymu dopasowany do substratów geometrycznie, ale także pod względem oddziaływań hydrofobowo-
hydrofilowych oraz elektrostatycznych. Enzymy wykazują także wysoki poziom stereospecyficzności,
regioselektywności i chemoselektywności.

Regioselektywność – to cecha reakcji chemicznych, polegająca na tym, że w wyniku reakcji powstaje

nadmiar jednego z izomerów strukturalnych. W przypadku, gdy w wyniku reakcji powstaje wyłącznie jeden z
izomerów stosuje się do niej termin regiospecyficzność – jest to jednak zjawisko wyjątkowo rzadkie.

Stereospecyficzność – w stosunku do określonego stereoizomeru np. stereospecyficzność lipaz jest

definiowana jako zdolność tych enzymów do rozróżnienia konformacji przestrzennej grup acylowych.

Chemoselektywność reakcji, gdy np w obecności katalizatorów preferowane jest uwodornienie

wiązania C=C – zamiast czegoś innego (wybór odpowiedniego miejsca) .

5. Co jest substratem dla mikroorganizmow w produkcji sernika (produkcja sera) :

Chodzi o laktoze. Zakwas to specjalnie kultywowane kultury bakterii kwasu mlekowego, które

powodują, że laktoza przekształca się w kwas mlekowy. Jest to bardzo ważne dla procesu dojrzewania, smaku
oraz terminu ważności sera. Dodatkowo dodaje się rennine - czyli podpuszczkę, która jest dodawana do
mleka w celu jeg

o zagęszczenia. Gęstniejące mleko to proces zwany krzepnięciem.

6. Gdzie nie wystepuje fermentacja alkoholowa :

W tych trzech wystepuje :

a produkcja piwa (no neccessary comment )

b produkcja octu winnego ( cukry > ferm. alkoh. >alkohol >ferm. octowa > ocet)

c produkcja biopaliw

(fermentacja alkoholowa węglowodanów do etanolu )

Produkcja octu jest dyskusyjna

– bo jako substratu używa się alkoholu więc możliwe, że tam nie

zachodzi fermentacja alkoholowa. Ponadto alkoholowa fermentacja nie zachodzi prz

y produkcji mleka i serów ;)

7. Co robi Acylaza penicylinowa ? :

inaczej

– amidaza penicylinowa - jest enzymem dezaktywującym penicyliny (beta-laktamy). Za pomocą

amidazy penicylinowej otrzymuje sie z naturalnej penicyliny kwas penicylinoaminowy, który jest substratem
do syntezy półsyntetycznych penicylin, czyli takich, które mają z kwasem penicylinoaminowym związany kwas o
reszcie analogicznej do stanu przejściowego hydrolizowanej penicyliny.

Penicillin amidase (EC 3.5.1.11) is an enzyme that catalyzes the chemical reaction

penicillin + H2O > a carboxylate + 6-aminopenicillanate

Thus, the two substrates of this enzyme are penicillin and H2O, whereas its two products are carboxylate and
6-aminopenicillanate.

This enzyme belongs to the family of hydrolases, those acting on carbon-nitrogen bonds other than peptide
bonds, specifically in linear amides. The systematic name of this enzyme class is penicillin amidohydrolase.
Other names in common use include penicillin acylase, benzylpenicillin acylase, novozym 217, semacylase,
alpha-acylamino-beta-lactam acylhydrolase, and ampicillin acylase. This enzyme participates in penicillin and
cephalosporin biosynthesis.

8. Co to są bioplastiki ? :

Bioplastik - inaczej organiczny plastik - forma tworzywa sztuczne

go otrzymana z odnawialnych źródeł

biologicznych jak np. - olej, skrobia kukurydziana itp. Standartowe plastiki otrzymywane sa z paliw kopalnych
takich jak ropa -

ponadto bioplastiki, z faktu, że są spolimeryzowanymi związkami naturlanie występujacymi - są

biodegradowalne -

a więc bezpieczne dla środowiska.

9. Co robia bacillus thuringensis ? :

Są to bioinsektycydy - bakterie naturalnie występujące w glebie i używane od ponad 30 lat przez

ogrodników i rolników do zwalczania niektórych gatunków szkodników. Bakteria Bt wytwarza specyficzne
białko, nazywane „białkiem Bt”, zaburzające funkcjonowanie układu trawienia szkodnika. Białko Bt jest
nieszkodliwe dla innych gatunków owadów, zwierząt i ludzi. Gen kodujący białko Bt jest obecnie przenoszony
metodami inżynierii genetycznej do roślin, by uodpornić je na niektóre szkodniki, np. ziemniaki odporne na
stonkę ziemniaczaną. (Opisana również wyżej !)

10.

Wymienic w kolejności ezymy degradujące skrobie :

Skrobia

– węglowodan, polisacharyd roślinny, składający się wyłącznie z merów glukozy, pełniący w

roślinach rolę magazynu energii. Skrobia ma budowę ziarnistą.

Skrobia hydrolizuje wyłącznie na α-D-glukozę, lecz nie jest jednorodnym chemicznie związkiem – składa się w
rzeczywistości z dwóch różnych polisacharydów:

-

nierozgałęzionej amylozy łatwiej rozpuszczalnej w wodzie (ok. 20% naturalnej skrobi); jest wielocukrem – jej

cząsteczki składają się z wielu reszt glukozowych połączonych ze sobą atomami tlenu.
-

rozgałęzionej amylopektyny, nierozpuszczalnej w wodzie (ok. 80% naturalnej skrobi); rozgałęzienia

powstają dzięki wiązaniom α-1,6-glikozydowym.

Enzymy

degradujące ( tylko dwa główne ):

Amylaza (diastaza) -

enzym hydrolityczny z grupy hydrolaz, rozkładający skrobię i inne wielocukry. Występuje w

ku trzustkowym (jest produkowana przez zewnątrzwydzielniczą część trzustki) i w ślinie (jest produkowana

przez ślinianki). Zapoczątkowuje proces trawienia skrobi. Amylaza jest także syntezowana w owocach wielu
roślin podczas dojrzewania, powodując, że stają się słodsze, także podczas kiełkowania ziaren zbóż. Amylaza
z ziaren ma istotne znaczenie przy produkcji słodu.

Glukoamylaza

– egzoamylaza, zwana takze γ-amylaza umozliwia wysoce efektywna reakcje hydrolizy wiazan

α-1,4-glikozydowych z wytworzenim glukozy jako produktu koncowego.

Enzymy usuwajace rozgałezienia
α,β,γ - amylazy to enzymy które badz to sa nieaktywne w stosunku do wiazan 1,6-glikozydowych badz tez
reakcja hydrolizy tych wiazan zachodzi przy ich udziale z niezodawalajaca szybkoscia. Enzymy usuwajace
rozgałezienia działaja natomiast selektywnie własnie na wiazania ®-1,6 glikozydowe w łancuchach
polisacharydowych, umozliwiajac pełniejsza hydrolize skrobi. Najwazniejszymi przedstawicielami tej grupy sa
pullulanaza oraz izoamylaza.

Nie ma enzym

u o nazwie : dekstraza, występuje związek o nazwie dekstroza – inaczej glukoza :

Poniżej inne enzymy hydrolizujące skrobie :

Odpowiedź na pytanie z wykładów :

rozbicie struktury wyższego rzędu amylozy za pomocą wysokiej temperatury (niszczy się w amylozie
wiązania wodorowe) skrobia przechodzi w stan zżelikowany („kleikowanie” skrobi)

po rozbiciu struktury działa się pierwszym enzymem – -amylazą, otrzymuje się stan ciekły

zmienia się temperaturę i pH i wprowadza drugi enzym – glukoamylazę

sacharyfikacja (oba te

enzymy mają inne optimum pH, za pomocą temperatury inaktywuje się -amylazę), odbywa się to w
reaktorach o pracy ciągłej, trwa 65-75 godzin i pozwala otrzymać do 96% dekstrozy

izomeryzacja, czyli wykorzystanie aktywności izomerazy glukozowej, wykonuje się to w warunkach
przemysłowych za pomocą kolumn ze zimmobilizowanym enzymem, trwałość takiej kolumny to kilka
miesięcy

przeróbka chemiczna polegająca na oczyszczeniu: rafinacja obejmująca przeprowadzanie produktu
przez szereg filtrów i kolumn z węglem aktywnym, kolumny jonowymienne, itd. – w sumie pozwala to
otrzymać 42% syrop wysokofruktozowy, kukurydziany, a odparowanie zagęszcza go do 71%.

Izomeraza glukozowa (glikozydaza

) jest także szeroko produkowana. Wiele bakterii wytwarza ją w

ilościach interesujących dla potrzeb przemysłowych: u Flavobacterium arborescens jest to endoenzym
(znajduje się wewnątrz komórek), wykorzystuje się komórki w stanie wolnym lub jako preparat, gdzie są one
zimmobilizowane.

11. Do czego sluzy SCP :

SCP

– single cell protein - W bardzo duzym uproszczeniu sq to obumarle bakterie (biomasa), ktore

masowo sie namnazaly na takich pozywkach jak ropa naftowa, gaz ziemny, metan, scieki, odpady organiczne
przemyslowe etc., etc. Sq to proste bialka latwo przyswajalne przez organizmy zwierzece, czy tez przez
czlowieka. Jak by nie patrzeć przy populacji ludzkiej c.a. 5 mld ludzi i zapotrzebowaniu na bialko dziennie 70 g
na czlowieka, przy obecnym poziomie demograficznym dzienne zapotrzebowanie bialka jest rzedu 80 mln ton
bialka konsupcyjnego Na dzisiaj swiatowy deficyt bialka jest rzedu 22 mln ton dziennie - wiec bylo nie bylo wiek
XXI i XXII to prawdopodobnie koniecznosc produkcji zywnosci syntetycznej, rozwoju biotechnologii i
mikrobiologii technicznej i nie tylko.

W produkcji SCP chodzi o wykorzystanie wzrostu szybko rosnących mikroorganizmów na różnego rodzaju
surowcach wtórnych, przy czym nawet jeżeli tego rodzaju białko miałoby być stosowane jako dodatek do paszy
lub żywności to taki mikroorganizm producencki musi spełniać bardzo wiele wymagań. Musi być to organizm o
którym wiemy że nie wytwarza różnego rodzaju toksyn, że nie jest patogenny. Jest to jedna z takich technologii,
która funkcjonuje w obrębie poczynań biotechnologicznych, ale na dobrą sprawę nie jest ona jeszcze
rozpowszechniona.

12.

Do czego wykorzystuje się liposomy :

W biologii i medycynie liposomy są stosowane do:

badania właściwości białek błonowych

modulowania procesów zachodzących w naturalnych błonach

- wbudowywania nowych

składników do błony komórkowej

wprowadzania do komórek substancji trudno rozpuszczalnych i łatwo utleniających się w wodzie

w przemyśle kosmetycznym, jako nośnik substancji hydrofilowych w tłustych kremach.

13.

Jak sok pomidorowy jest zagęszczony i lepki spowodowane to jest:

Są dwa rodzaje soku pomidorowego: ciepło- i zimnoprzerywany w zależności od tego czy pektynazy

znajdujące się w owocach zostały od razu zinaktywowane (ciepłoprzerywany), czy dopiero po pewnym czasie
dojrzewania. Sok ciepłoprzerywany jest pulpowaty, lepki – pektyny nie uległy rozkaładowi, zimnoprzerywany
jest rzadki, używa się go do produkcji koncentratów.

14. Kwas glutaminianowym, biotyna i co ona robi:

a) powoduje zahamowanie albo wzrost biomasy podczas produkcji (chyba tak)

b) zapobiega degradacji aminokwasu

Biotyna

– w przypadku jej braku spada zawartość fosfolipidów w komórkach tych mikroorganizmów, wówczas

ich błony i ściany komórkowe stają się przepuszczalne i L-Glu, syntezowany przez komórki, zamiast być przez
nie

wykorzystywany wycieka na zewnątrz, unika się w ten sposób hamującego działania samego L-glu na

proces jego biosyntezy przez sprzężenie zwrotne, nie ma tyle produktu w komórce, aby mógł wyłączyć proces
własnej biosyntezy.

15. Jakie mikroorganizmy sa wykorzystywane w biokopalnictwie ? :

Thiobacillus jego metabolizmowi towarzyszy obniżanie pH do skrajnych wartości. Koncepcja

wykorzystania tego zjawiska jest bardzo prosta:, jeśli obniży się pH to zwykle to, co było nierozpuszczalne w
fizjologicznym pH robi

się rozpuszczalne.

16. MEOR -

jakie bakterie, co robią ? :

Wspomagane mikrobiologicznie wydobycie ropy naftowej (MEOR).
Wykorzystuje się odpowiednie mikroorganizmy (ich aktywność) na miejscu, bezpośrednio w podziemnych
złożach, tam te mikroorganizmy maja się rozwijać, stanowiąc wytwórnie związków lub warunków stymulujących
wydobycie ropy naftowej. Wydobycie ropy naftowej jest problemem, gdyż stanowi ona formacje geologiczne
znajdujące się w złożach wapiennych, bądź piaskowych i należy ją z tych złóż wypłukać, zależy to od
porowatości podłoża i od lepkości środowiska. Aby proces wypłukiwania ropy naftowej było dpowiednio wydajny
trzeba zmodyfikować odpowiednio warunki wypłukiwania. Przy biologicznie wspomaganym wypłukiwaniu ropy
naftowej bierze się pod uwagę:
-

charakter formacji geologicznej, (w jakim złożu geologicznym ropa się znajduje), trzeba pamiętać, że jest to

olbrzymia powierzchnia, o pewnych zdolnościach buforowych, że panuje tu duże ciśnienie, temperatura, nie ma
tlenu, nie mamy, więc możliwości kontrolowania procesu biologicznego, który mamy zamiar tam zainicjować.
Do takiego mikrobiologicznego procesu wydobycia ropy naftowej mogą być wykorzystane tylko niektóre złoża.
Kopie się odpowiednio długi szyb, do którego wprowadza się inokulum, wodę i składniki odżywcze, to wszystko
ma penetrować przez złoże, rozwijać się, wytwarzać specyficzne warunki, wprowadzać do środowiska swoje
metabolity, ale przede wszystkim, biosulfaktanty.
W USA wyselekcjonowano szereg takich złóż, które posłużyły jako źródło do wydobycia ropy naftowej z
wykorzystaniem mikroorganizmów, mikroorganizmy wykorzystywane w tym procesie to Pseudomonas,
Leuconostoc, Bacillus.

Te mikroorganizmy miały wytwarzać odpowiednie biopolimery, oraz biomasę, ale w taki

sposób, aby nie dochodziło do zatykania złoża, a także kwasy organiczne i biosulfaktanty.
Próby pozyskiwania ropy naftowej drogą mikrobiologiczna sięgają polowy lat 50-tych (w USA, Europie a nawet
w Polsce). Wydobycie tą metodą nadaje się do złóż, w których wydobycie metodami tradycyjnymi się
pogorszyło. wg doświadczeń z Polski: do szybu naftowego z którego już się nie wydobywało wtłoczono kilkaset
litrów inokulum i kilkanaście ton melasy, po 2 miesiącach fermentacji uzyskano krótkotrwały efekt w tym szybie,
oraz nastąpiła poprawa w szybach sąsiednich – penetracja tego inokulum wzbogaconego w metabolity
powstałe podczas wzrostu biomasy spowodowała polepszenie wydobycia w szybach sąsiednich.

17. Cefalosporyna

– jaki rodzaj antybiotyku i przez jakie grzyby jest produkowana :

Cefalosporyny

– jedna z grup antybiotyków beta-laktamowych, półsyntetycznych, o szerokim spektrum

działania bakteriobójczego. Są to pochodne kwasu 7-aminocefalosporynowego (7-ACA).

Cefalosporyny, tak jak wszystkie antybiotyki β-laktamowe, hamują tworzenie mostków łączących podjednostki
peptydoglikanu (mureiny) w integralną całość. Kowalencyjnie wiążą się z centrum aktywnym bakteryjnych
enzymów: karboksypeptydazy i transpeptydazy, blokując ich działanie. Hamują w ten sposób proces syntezy
bakteryjnej ściany komórkowej. Wytwarzane są przez grzyba Cephalosporium acremonium

Zastosowanie cefalosporyn jest niezwykle szerokie, za względu na ich szerokie spektrum działania
przeciwbakteryjnego i jednocześnie względnie małą toksyczność. Ich stosowanie jest ograniczane głównie
wysoką ceną. Główne rejony zastosowania cefalosporyn to:

-

zapobieganie zakażeniom po operacjach

leczenie zakażeń wywołanych pałeczkami Gram-ujemnymi: zakażenie pałeczką okrężnicy (Escherichia

coli), pałeczkami z rodziny Enterobacteriaceae w tym posocznice.

18. Zimne enzymy :

Psychrozymy

, czyli enzymy wykazujące relatywnie wysoką aktywność katalityczną w przedziale

temperatury od 0 do 15 st C, także budzą zainteresowanie biotechnologów,gdyż i w tych warunkach rozwój
zakażeń mikrobiologicznych jest ograniczony,a ponadto substancje termolabilne nie są narażone na rozkład
termiczny. Enzymy adaptowane do zimna mogą działać podczas przechowywania modyfikowanego surowca
w chłodzie. Ponadto, dzięki na ogół niskiej termostabilności, ulegają one stosunkowo łatwo denaturacji
termicznej w temperaturze 30

–40 st C.

19. Lucyferaza- jaki rodzaj reakcji ( utlenianie czy redukcja) :

enzym katalizujący utlenianie lucyferyny według poniższej reakcji:

lucyferyna + atp + o

> utl. lucyferyny + amp + co

+ ☼ (światło)

20.

Jaki proces przebiega przy kwaszeniu ogórków? :

fermentację mlekową przeprowadzaną przez bakterie (mlekowe) wykorzystał człowiek w swojej

gospodarce. Ten proces odpowiedzialny jest m.in. za kiszenie ogórków i kapusty. Znalazł on zastosowanie w
mleczarstwie i przy produkcji kiszonek. W ostateczności powstaje kwas mlekowy o wzorze:
H

CH(OH)COOH. Sumarycznie fermentację mlekową można zapisać w postaci następującego równania:

+ 2 ADP + 2Pi → 2 CH

CH(OH)COOH + 2 ATP

21.

Co może być substratem w fermentacji octowej ?

substrat alkoholowy - wino, albo sacharoza

22. Produkcja piwa -

etap kiełkowania :

Kiełkowania ziarna zwane także słodowaniem stanowi drugi etap w produkcji słodu piwowarskiego:

Etapy tworzenia słodu:
a) Moczenia ziarna
b) Kiełkowanie (słodowanie) ziarna
c) Suszenie mokrego słodu
d) Odkiełkowanie usunięcie korzonków

Kiełkowanie ziarna - to skomplikowany proces fizjologiczny rozwoju kiełka liścieniowego i korzonkowego
zarodka ziarna. Proces ten trwa ok. 7 dni.

Towarzyszy temu wydzielanie się w ziarnie enzymów rozkładających

zapasowe białko i cukry. Największe znaczenie ma amylaza pomagająca rozbić zawartą w jęczmieniu skrobię
na cukry proste i dwucukry (przede wszystkim maltozę). W słodowaniu ważne jest aby jak najwięcej materiałów
zapasowych rozbić na cukry proste i aminokwasy a równocześnie sprawić aby jak najmniej z nich mógł
wykorzystać zarodek. Przyswajalne substancje odżywcze, niewykorzystane przez zarodek, stanowią substrat
fermentacji alkoholowej przeprow

adzanej przez drożdże w browarze, podczas warzenia piwa lub whiskey.

23.

Laseczka turyńska - Bacillus thuringensis co robi ? :

bakteria ta podczas sporulacji wytwarza krystaliczne białka toksyczne dla owadów. Białka te działają

przez perforację owadziego jelita. Białka te są ponad 300 x bardziej skuteczne jako insektycydy niż związki
naturalnie wytwarzane przez chryzantemy, ponad 80 tyś. X bardziej skuteczne niż insektycydy
fosforoorganiczne (które są szkodliwe dla ludzi, bo blokują acetylopoliesterazę). Białka Cry nie są dla ludzi
szkodliwe, ponieważ nie mają oni receptorów dla tych białek.jakoś tak) co robi ?

24. Fermentacja tlenowa, potem beztlenowa ;gdzie taki cykl wykorzystujemy ? :

przy produkcji octu winnego

25. Jak się tworzy aspartam ? :

Należy do grupy estrów peptydowych. Chemicznie aspartam jest dipeptydem składającym się z

dwóch występujących naturalnie aminokwasów - fenyloalaniny i kwasu asparaginowego, z

których są zbudowane liczne białka. Na produktach spożywczych oznaczany jest kodem E951.

Stosowany masowo jako sztuczny środek słodzący (słodzik) w produktach spożywczych, zwłaszcza takich, jak
napoje niskokaloryczne, guma do żucia, drażetki odświeżające oddech. Można go też znaleźć w wielu

wędlinach i rybach (zarówno w folii jak i konserwach). Ostatnio coraz częściej pojawia się w produktach
farmaceutycznych, np. w większości tabletek musujących. Jest też dostępny w formie tabletek, które można
stosować zamiast cukru, pod kilkudziesięcioma nazwami handlowymi (m.in.: NutraSweet, Equal, Sugar Free,
Canderel). Jest też stosowany przez diabetyków (chorych na cukrzycę).

Reakcja stosowana w pierwszym etapie produkcji aspartamu

– „słodki peptyd”, niskokaloryczna substancja

znacznie słodsza od cukru, dipeptyd zawierający kwas L-asparaginowy i ester metylowy L-fenyloalaniny.
Otrzymywany jest na skalę przemysłową biotechnologicznie, w dwóch reakcjach katalizowanych enzymem,
pierwsza z nich stanowi przykład stereoselektywności. Katalizuje ją aspartaza (amoniakoliaza, używa się
immobilizowanych kom

órek lub immobilizowanego enzymu – zależnie od producenta), substrat: amoniak lub

inny związek zawierający zredukowany azot i kwas fumarowy, do którego grupa aminowa może być dołączona
w dwóch miejscach, tu – powstaje tylko kwas L-asparaginowy, a nie mieszanina enancjomerów. W ten sposób
powstaje 40.000 ton rocznie tego kwasu (do syntezy aspartamu).

Druga reakcja

– jednocześnie przykład regioselektywności biokatalizy – wiązanie peptydowe może

powstać na dwa sposoby: grupa aminowa estru metylowego L-Phe może utworzyć wiązanie amidowe z jedną
z dwóch grup karboksylowych Asp, w przypadku syntezy chemicznej jedna z nich musiałaby być zablokowana
selektywnie. W warunkach przemysłowych katalizuje się reakcję tworzenia wiązania peptydowego z właściwą
grupą karboksylową termolizyną.

26. Z kwasu fenylooctowego powstaje penicylina -

jak to nazwać?:

to ukierunkowana biosynteza, można nazwać ten kwas prekursorem ;
NIE JEST TO INDUKTOR -

bo taka na teście była m.in odpowiedz.

27. Bioremediacja definicja :

Bioremediacja -

technologia usuwania zanieczyszczeń (głównie substancji ropopochodnych) z gleby i

wód podziemnych za pomocą żywych mikroorganizmów w celu katalizowania, destrukcji lub transformacji
różnego rodzaju zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe. W bioremediacji wykorzystywane są naturalne
zdolności mikroorganizmów do rozkładu węglowodorów ropy naftowej.

28. NITRAGINA-co to jest ?

Nitragina

to preparat biologiczny (nawóz bakteryjny) zawierający specjalnie dopasowany szczep

symbiotycznych bakterii brodawkow

ych przygotowany do zaprawienia nim nasion roślin motylkowych.

Nitraginą zaprawia się nasiona bezpośrednio przed ich siewem zwykle stosując zawiesinę wodną. Bakterie
brodawkowe z rodzaju Rhizobium lub Bradyrhizobium zdolne do wiązania wolnego azotu atmosferycznego w
symbiozie z roślinami motylkowymi, w formie sterylnych przetrwalników rozwijają się w glebie i infekują roślinę
gospodarza wywołując powstawanie brodawek na korzeniach roślin symbiotycznych, bakterie te są ściśle
dopasowane do rośliny charakteryzują się wysoką wirulencją i powinowactwem do gospodarza. Bakterie te
asymilują azot atmosferyczny i dostarczają go w odpowiedniej formie roślinom. Praktyka ta pozwala
zaoszczędzić na nawożeniu azotowym roślin, jednak ich aktywność jest zależna od warunków środowiskowych.
Czyli jest to szczepionka dla roślin wykorzystująca bakterie Rhizobium.

29.

Bioługowanie – jakie mikroorganizmy się wykorzystuje ?

Bioługowanie (ang. bioleaching) to proces, w którym stosuje się właściwości mikroorganizmów w celu

wymyci

a (wyekstrahowania) różnych pierwiastków z ubogich rud zazwyczaj metali. Wykorzystuje się zdolność

zakwaszania środowiska przez mikroorganizmy autotroficzne, dokładnie chemolitotroficzne. Drobnoustroje takie
korzystają ze związków nieorganicznych jako źródła energii, a jednocześnie ich metabolizmowi towarzyszy
wytwarzanie dużej ilości kwasu (niektóre mikroorganizmy np. z rodzaju Thiobacillus wydzielają kwasy jako
produkt swojego metabolizmu) -

obniża się wtedy pH środowiska (zwiększa kwasowość). W takiej sytuacji wiele

substancji staje się rozpuszczalna i można je wymyć, odzyskać np. metal z rudy tego metalu.

30. Ocet winny-jakie bakterie, jaki substrat :

Znane są dwa sposoby produkcji, oba korzystają z bakterii fermentacji octowej Acetobacter (również

nie

które Pseudomonas). Ocet otrzymuje się z jabłek, słodu, winogron, melasy, skrobi, śliwek. Jest to ocet

winny. W zależności z jakich źródeł pochodzi ocet winny, ma on inny kolor i inne walory smakowo –
zapachowe.

31. Biosurfaktany jakie grupy :

biosurfaktanty -

środki powierzchniowo czynne wytwarzane przez mikroorganizmy -np. polimeksyna ,

amfoteryksyna

– środek przeciwgrzybowy, surfactin - hamuje wzrost Mycobacterium (prątki gruźlicy)

Biosurfaktanty pochodzenia mikrobiologicznego są biodegradowalne, działają w szerokim zakresie pH,
temperatury oraz zasolenia środowiska. Związki te należą głównie do
-

glikolipidów

- lipoprotein
-

fosfolipidów

kwasów tłuszczowych

neutralnych lipidów

związków polimerowych

Bakterie :
- Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas rubescens, Pseudomonas fluorescens
- Rhodococcus erythropolis
- Bacillus subtillis

Grzyby :
-

drożdże z rodzaju Candida

Człowiek - w płucach
32. Orleanski etap w produkcji octu winnego :

czy to proces wgłębny (tak)

- powierzchniowy (nie)
- zakotw

iczone mikroorgan i wióry bukowe (nie – tak jest w niemieckim)

- alkohol jako substrat (tak)

33. Bioindykatory :

Bioindykatory, biowskaźniki, wskaźniki biologiczne, organizmy wskaźnikowe, gatunki roślin i zwierząt

wykazujące zróżnicowaną wrażliwość i charakterystyczną reakcję na działanie czynników środowiska. Są to z
reguły gatunki o wąskim zakresie tolerancji lub w specyficzny sposób reagujące na działanie danej substancji.

34. Probiotyki :

Probiotyki (gr. pro bios

– dla życia), zwane również czynnościową żywnością – są to podawane

doustnie wyselekcjonowane kultury bakteryjne lub drożdży, najczęściej pałeczki kwasu mlekowego
(Lactobacillus), których zadaniem jest korzystne dla zdrowia działanie w przewodzie pokarmowym, poprzez
immunomodulację oraz zachowywanie prawidłowej flory fizjologicznej. W większości przypadków korzystne
oddziaływania probiotyków dotyczą wyłącznie warunków in vitro. Zaproponowano, że jeżeli wpływ
drobnoustrojów na leczenie choroby został zbadany naukowo i ma dowiedzioną skuteczność należy używać
nazwy czynnik bioleczniczy.

35. Gdzie wykorzystuje sie organizmy pektolityczne :

Enzymy pektolityczne są to enzymy działające na pektyny. Pektyny zalicza się do wielocukrów

kwaśnych. Stanowią one mieszaninę rozpuszczalnych w odzie długich łańcuchów kwasu pektynowego (
poligalkturonowego ), składającego się z reszt kwasu galakturonowego, połączonych wiązaniami L-1,4-
glikozydowymi. Grupy karboksylowe w kwasie poligalakturonowym są w różnym stopniu estryfikowane
alkoholem metylowym i zneutralizowane.

Wyróżniamy:

• Esterazy
-

pektaza , która poprzez oddzielenie cząsteczki wody od grupy metoksylowej oddziela metanol os

estryfikowanej grupy karboksylowej

• Depolimerazy
-

liaza pektynowa, endoenzym, rozszczepia wiązanie glikozydowe

-transelimi

naza kwasu pektynowego, enzym produkowany głównie przez bakterie, pleśnie

-poligalakturonaza, endo-

i egzoenzym, wytwarzany przez pleśnie, bakterie.

Przemyśle spożywczym najpowszechniej stosuje się preparaty pektolityczne przy tłoczeniu soków i klarowaniu
wina, w produkcji soków owocowych, napojów bezalkoholowych konserw owocowych ( owocowych celu
zapobiegania powstawania żelu w sokach skoncentrowanych), w produkcji wódek i likierów, w produkcji kawy i
koncentratów kawowych (usuwanie warstwy żelu z powierzchni ziaren kawy surowej).

Drobnoustroje produkujące enzymy pektolityczne:
• Aspergillus ochraceus
• Aspergillus niger
• Coniothrium diplodela

36. Co jest elementem biologicznym biosensora glukozy :

Część receptorowa może to być :

1) immobilizowane enzymy -

wysoka selektywność

2) komórki bakteryjne - mniejsza selektywność, większa czułość, można monitorować poziom toksyczności
środowiska
3) tkanki

Przykład zastosowania biosensora w monitoringu zmian stężenia glukozy:
Przebiega reakcja utleniania D-gluko

zy do kwasu glukonowego tlenem (katalizowana przez glukooksydazę),

pozostała, niezredukowana część tlenu jest redukowana na elektrodzie ujemnej, ma miejsce przepływ ładunku,
może to zostać przeliczone na stężenie pozostałego tlenu a co za tym idzie wyjściowej glukozy.

Tak więc w przypadku sensora glukozy elementem biologicznym jest immobilizowany enzym.

37. Abzymy i synzymy :

Abzymy definiuje się jako przeciwciała wykazujące właściwości enzymatyczne. Natomiast synzymy są

to semisyntetyczne kopolimery

aminokwasów charakteryzujące się właściwościami biokatalitycznymi. Oba

rodzaje tych biokatalitycznych białek są wytwarzane w odmienny sposób. Abzymy produkuje się metodami
immunologicznymi z wykorzystaniem specyficznych organicznych haptenów. Synzymy mogą być produktami
ukierunkowanej mutagenezy z wykorzystaniem technik inżynierii genetycznej.

38. Podział drobnoustrojów psychrofilnych:

1. właściwe (obligatoryjne) psychrofile (stenopsychrofile)- optymalna temperatura wzrostu 15

maksymalna < 20

2. fakultatywne psychrofile- psychrotrofy (eurypsychrofile)- optymalna temperatura 20- 25

Obecnie obowiązująca klasyfikacja mikroorganizmów zimnolubnych, zaproponowana przez Moritę (1975),
wyróżnia wśród nich psychrofile obligatoryjne, których optymalna temperatura wzrostu (T

opt

) nie przekracza

C, a maksymalna 20

C oraz psychrofile fakultatywne, czyli psychrotrofy, których (T

opt

) mieści się w zakresie

–25

C. Ostatnio Bakermans i Nealson (2004) oraz Cavicchioli (2006) zaproponowali zastąpienie terminu

psychrofile (w odniesieniu do psychrofili obligatoryjnych)

— terminem stenopsychrofile, a nazwy psychrotrofy —

nazwą eurypsychrofile

3. ekstremalne psychrofile- hiperpsychrofile- optymalna temperatura 2- 3

C, maksymalna < 12

Przypomnienie :
Ciśnienie - Piezofile
Zasolenie - Halofile
pH -

Acidofile pH ≤ 3

pH -

Alkalofile pH ≥ 10

Temperatura Hipertermofile >80°C

Psychrofile do 15°C

EKSTREMOZYMY-

białkowe katalizatory organizmów ekstremofilnych

enzymy psychrofilne = enzymy „zimne” = psychrozymy

39. Metody klasyczne

doskonalenia mikroorganizmów w biotechnologii :

metody klasyczne, polegają na mutacjach i na selekcji mutantów (są to metody długie i żmudne-

mutacje nawet indukowane nie są kierunkowe i za każdym razem po poddaniu mikroorganizmów działaniu
czynników mutagennych trzeba poszukiwać i starać się izolować coś co być może powstało a czego szukamy).
Należy tu także metoda zwana hybrydyzacją , którą wykonuje się przez fuzję protoplastów, czyli sztucznie
indukowana rekombinacja genetyczna gdzi

e łączy się komórki pozbawione ściany komórkowej, następuje

zlanie się ich zawartości co może doprowadzić do zrekombinowania się dwóch informacji genetycznych.

Mikroorganizmy doskonalimy w dwojaki sposób – metodami klasycznymi i technologia rekombinacyjną

40. Technologia rekombinacyjna doskonalenia mikroorganizmów :

Obejmuje jedną generalną technikę nazywaną klonowaniem genów a zawiera w sobie pewne etapy,

które można przeprowadzić w laboratorium, ale nie jest to już tak proste jak selekcja mutantów.
D

zieki niej otrzymuje się :

- hormon wzrostu

insulinę

czynniki krzepliwości krwi

- rekombinowane immunoszczepionki
-

somatropina wołowa

- podpuszczka

41. Rekombinowane immunoszczepionki :

szczepionki produkowane do tej pory były zwykle oparte o zastosowanie dezaktywowanych

mikroorganizmów, których zjadliwość została obniżona albo zupełnie zahamowana, przy czy bardzo często
dochodziło do rewencji tego zjawiska i zamiast odporności się chorowało. To samo dotyczyło wirusów.
Obecnie wykorzystuje się konkretne fragmenty białek, otoczek wirusa (samo białko nie spowoduje żadnych
objawów chorobowych, wywoła natomiast odpowiedź immunologiczną, ale taką która idzie w kierunku
uodpornienia a nie walki z zakażeniem), fragmenty tych białek, białka powierzchniowe bakterii o których
wiadomo, że mają właściwości antygenowe. W ten sposób opracowano i jest w użyciu szczepionka przeciw
wirusowemu zapaleniu wątroby typu B (pierwsza szczepionka opracowana w ten sposób). Istnieją
opracowane w ten sposób szczepionki przeciwko wściekliźnie, grypie i wielu innym chorobom wirusowym.
Poza tym produkowane są jadalne immunoszczepionki, przykładem jest jedna z bakterii fermentacji
mlekowej Lactococcus lactis, substecis lactis(?)

– której wklonowano gen toksyny tężcowej uzyskując

jadal

ną immunoszczepionkę przeciwko tężcowi. Lactobaccilus czyli bakteria, która występuje w

przetworach mlecznych tych które się produkuje z wykorzystaniem fermentacji mlekowej, wykorzystując
taką zmodyfikowaną genetycznie bakterię to jednocześnie pijąc np. kwaśne mleko, będziemy mogli się
uodpornić przeciwko tężcowi.

42. Otrzymywanie L-Aps:

Fermentacja, czyli proces wykorzystujący biomasę do produkcji kwasu L-Asp dawał małą wydajność i

zatrzymał się na etapie patentu przemysłowego i ta fermentacja nie na skalę przemysłowa funkcjonuje w
oparciu o bakterie mutanta auksotroficznego Brevibacterium flavum

, które to na glukozie lub na fumaranie

syntezuje L-

Asp. Musi to być mutant, aby mógł wyłączyć kontrolę szlaku biosyntezy przez wpływanie na

wyłączenie odpowiedniego operonu, albo wyłączenie kontroli szlaku enzymatycznego.

Reakcja jest oparta o aktywność enzymu przyłączającego amoniak do kwasu fumarowego i biokatalizatorem są
wysuszone komórki E. coli (reakcja 18godzinna w 37

C daje wydajność 88% kwasu-Asp), lub jest to proces

ciągły (proces przemysłowy wykorzystywany w Japonii), kolumna na której znajduje się odpowiednio
przygotowany biokatalizator, są to komórki E. coli, o odpowiedniej aktywności aspartazowej, immubilizowane
w poliakryloamidzie. Jeśli są one w tym właśnie nośniku ich aktywność jest wówczas zachowana w
temperaturze procesu przez 120 dni. Jeśli nośnikiem jest karageninę innego rodzaju polisacharyd to kolumna
może pracować przez 2 lata (bardzo wydajny proces).

43. Otrzymywanie kwasu glutaminowego :

Jest wiele szczepów mikroorganizmów, które z różnych przyczyn nadprodukcja L-Glu, są to bakterie

Corynebacterium, Brevibacterium, Microbacterium, czy Orthobacter, różne wytwórnie stosują różne szczepy,
ale najbardziej znanym jest Corynebacterium glutamicum.
Jako źródło węgla w procesie produkcyjnym wykorzystuje się różne cukry, najczęściej są to melasy (np.
buraczane nienadające się do produkcji cukru, niespełniające pewnych wymagań dla przemysłu
cukrowniczego, mogą stać się podłożem przy produkcji L-Glu) lub hydrolizaty skrobiowe. Źródłem azotu muszą
być takie sole, w których azot jest już w formie zredukowanej, nie mogą być to azotany.
Proces jest tlenowy.
Role regulującą w procesie produkcji kwasu L-glu pełni biotyna – w przypadku jej braku spada zawartość
fosfolipidów w komórkach tych mikroorganizmów, wówczas ich błony i ściany komórkowe stają się
przepuszczalne i L-

Glu, syntezowany przez komórki, zamiast być przez nie wykorzystywany wycieka na

zewnątrz, unika się w ten sposób hamującego działania samego L-glu na proces jego biosyntezy przez
sprzężenie zwrotne, nie ma tyle produktu w komórce, aby mógł wyłączyć proces własnej biosyntezy. Przy
produkcji L-

Glu wykorzystuje się jeszcze inne zjawisko: prowadzi się produkcję L-glu w obecności pewnych

ilości penicyliny, która działa na poziomie biosyntezy peptydoglikanu, jeśli więc jest w podłożu penicylina to
powstające młode bakterie nie będą w stanie sobie ściany zsyntezować, przez co doprowadza się do wycieku
L-

Glu do podłoża.

L-

Glu powstaje w komórkach w dwóch procesach:

-w cyklu glioksylanowym

-

w procesie związanych z cyklem krebsa, α-ketoglukaran jest ketokwasem, który jest substratem wyjściowym w

syntezie kwasu glutarynowego.

Usprawniono szczepy pod względem tych dwóch szlaków syntezy kwasu glutaminowego
-

zwiększono wydajność wiązania dwutlenku węgla, zwiększono wydajność reakcji gdzie do kwasu

fosfoenolopirogronianowego jest przyłączany dwutlenek węgla i powstaje szczawiooctan i dalsze reakcje w
kierunku syntezy kwasu L-

Glu przebiegają szybciej.

uzyskano termoczułego mutanta z odpowiednią barierą przepuszczalności, która umożliwiała wypuszczanie

przez komórki kwasu glutaminowego w zwiększonym stopniu.

To jest jeden z aminokwasów otrzymywanych obecnie głównie metodami biologicznymi i który ma
zas

tosowanie w przemyśle spożywczym i nie tylko.

44. Celuloza bakteryjna :

Celuloza jest pierwszym materiałem spełniającym wymagania stawiane nowoczesnym opatrunkom,

który jest wytwarzany na drodze biotechnologicznej, przy wykorzystaniu bakterii octowych Acetobacter xylinum.
Bakterie te wyposażone są w enzym - syntazę celulozową, który katalizuje reakcję polimeryzacji cząsteczek
glukozy

zawartych w podłożu hodowlanym w liniowy polisacharyd - b-1,4 glukan gromadzący się poza

komórką. Z takich łańcuchów glukanowych, łączących się w procesie krystalizacji w mikrofibryle o szerokości
40-60 nm, zbudowana jest struktura celulozy bakteryjnej (CB).
W zależności od zastosowanej metody hodowli bakterii, produkt celulozowy może być wytwarzany w formie
płata o dowolnej powierzchni, rurek o zróżnicowanej średnicy, kulek, pulpy. Płaty celulozowe wytwarzane w
warunkach hodowli stacjonarnej, po procesie oczyszczania stanowią gotowy do użycia materiał opatrunkowy
zbudowany z wysokokrystalicznej a-celulozy.
Silne uwodnienie

błony celulozowej (woda stanowi ok. 97 proc. suchej masy) sprawia, że przypomina ona

napęczniałą skórę o bardzo gładkiej powierzchni i dlatego też przyjęły się jej określenia - sztuczna skóra lub -
płaszcz wodny.

45

. Mutasynteza antybiotyków aminoglikozydowych:

Mutasyntezę stosuje się do produkcji antybiotyków aminoglikozydowych: mutanty niezdolne do syntezy

jakiegoś z aminocukrów, zamiast tego aminocukru stosuje się inny, który jest wbudowywany w produkt.

przypomnienie : s

ą dwa etapy rozwoju bakterii :

1. Protofaza -

przyrasta biomasa, brak produkcji antybiotyku, spada zawartość węgla.

2. Idiofaza -

właściwa faza produkcyjna.

Faza intensywnego wzrostu mikroorganizmów trofofaza, metabolity wtórne produkowane są w idiofazie.

Grupa ważnych idiolitów:

- antybiotyki
- czynniki nieantybiotyczne (leki)
- toksyny
- biopestycydy
-

czynniki stymulujące wzrost roślin i zwierząt

Antybiotyki: małocząsteczkowe substancje naturalne, najczęściej pochodzenia drobnoustrojowego lub ich
półsyntetyczne modyfikacje albo syntetyczne analogi

46. Pektynazy, Laktazty

– Są to GLIKOZYDAZY:

Pektynazy

(prod. Aspergillus niger). Hydrolizuje ona cukry zlokalizowane np. w skórce owoców. Stosowane jest

to w produkcji soków owocowych -> hydroliza skórki powoduje powstanie naturalnych substancji zmętniających
dodawanych do soków. Resztki roślin czyli pulpa, również poddawana jest hydrolizie->też stosowana jako nat.
środek zmętniający.

Laktaza-

wykorzystywana jako preparat enzymatyczny pochodzący z grzybów lub bakterii.

Wielu ludzi n

ie trawi laktozy, wobec czego jest używana do uzyskiwania bezlaktozowych produktów.

47. J

ak przygotować enzym do tego, żeby był aktywny w fazie organicznej (są 4 sposoby):

układ dwufazowy(woda-rozp. organiczny), enzym jest w fazie wodnej

2- enzym rozpuszczony w mikroemulsji utworzonej przez odwrotne micele. Micela jest odwrotna, bo zawiera w
sobie wodę i rozpuszczony w niej enzym
3-

enzym zostaje przygotowany w postaci proszku, który zostaje rozp w fazie organicznej, w postaci

zawiesiny(roztwór musi być wytrząsany, aby był kontakt z powierzchnią białka)
4- immobilizowany enzym zawieszony w rozpuszczalniku organicznym(przytwierdzony do matrycy)

Patrz pkt 49 niżej !!!

48. Jako bioinsektycydy nie stosujemy :

fragment testu :

a. Agcobacterium tumefaciens (stosujemy)
b. Bacillus thuringiensis (stosujemy)
c. Bakulowirusy (stosujemy)

49. Rozpuszczalniki wykorzystywane w biokatalizie :

Aby wybrać rozpuszczalnik posługuje się wartością która jest wspóczynnikem podziału danego

rozpuszczalnika między oktanol i wodę, jest to miara polarności (bierze się log z tej wartości- log P)
Rozpuszczalniki o wysokiej wartości log P – apolarne- nie mieszające się z wodą, są odpowiednie dla
prowadzenia reakcji enzymatycznych, przy czym enzym dla nich przygotowuje się w postaci proszku.
Log P ma wartość średnią- enzym musi być immobilizowany
Log P ma wartość niską- rozpuszczalniki mieszalne z wodą- nie nadają się do prowadzenia reakcji
enzymatycznych, denaturują białko, gdyż zabierają całą wodę niezbędną dla utrzymania odpowiedniej
konformacji i aktywności.
Dlatego aktywność katalityczna dla układów, które mają log P < 2 jest niska, średnia dla 2< log P <4 i wysoka
dla log P >4.

50. Strategia NAM :

Zastosowanie enzymów w niewodnych środowiskach – strategia stosowania enzymów w takich

środowiskach nazywa się NAM (ang. Non-aquaus media). Ma ona bardzo duże zalety, jeśli chodzi o
potraktowanie biokatalizatora jako normalnego katalizatora chemicznego dlatego, że:
1)

umożliwia uniknięcie niepożądanej reakcji zachodzącej w obecności wody (hydrolizy)

pozwala na rozpuszczenie substratów hydrofobowych, czyli znosi te ograniczenia, że można tylko i

wyłącznie na substratach rozpuszczalnych w wodzie prowadzić takie reakcje katalizowane za pomocą
enzymów
3)

ułatwia odzyskanie nierozpuszczalnego biokatalizatora, bo ten biokatalizator jest odpowiednio

przygotowany i zwiększa termostabilność – to się wiąże również z odpowiednim przygotowaniem
biokatalizatora.

51. Selektywność substratowa :

Enzym transaminaza wytwarzany przez E. coli przenos

i grupę aminową z donora (aminokwas lub amid

aminokwasu) na ketony. Enzym ten jest bardzo specyficzny w stosunku do donora

– tylko kwas glutaminowy,

drugim substratem może być bardzo różny strukturalnie ketokwas, stąd zawsze otrzymuje się odpowiedni
aminok

was o konfiguracji L i ketokwas ulegający później dekarboksylacji do kwasu pirogronowego – metoda

otrzymywania różnych aminokwasów.

52. Techniki stosowane dla usprawnienia biokatalizy:

enzymy z ekstremofili

biokataliza w warunkach niewodnych

biok

ataliza w fazie stałej

ukierunkowana ewolucja molekularna

biosynteza kombinatoryjna

biokataliza kombinatoryjna

53. Browarnictwo

– słód :

Słód – w prawdziwym procesie przygotowywania piwa pochodzi z nasion jęczmienia (zboże).

Nasiona jęczmienia mają jako materiał zapasowy skrobię. Mikroorganizmy, które mają zdolność do
przeprowadzania procesów utlenień beztlenowych na drodze fermentacji wykorzystują jako substraty różnego
rodzaju cukry. Ale stosunkowo niewielka ilość mikroorganizmów może rozkładać polisacharydy. Skrobia jest
takim polisacharydem, który nie jest rozkładany przez bardzo dużą mikroorganizmów, zwłaszcza przez takie,
które są zdolne do fermentacji. Ponieważ tutaj wykorzystuje się drożdże trzeba przygotować pożywkę dla nich,
która będzie zawierała cukry podlegające fermentacji (nazywane cukrami fermentującymi). Zatem trzeba zrobić
tak, aby skrobia została zhydrolizowana. To się robi w bardzo sprytny sposób, w sposób biologiczny.

W czasie procesu przygotowywania słodu, a słód nazywa się słodem, bo powstają cukry fermentujące,

czyli ma to coś wspólnego ze słodkością czy scukrzaniem, bada się stopień słodowania, czyli stopień
zhydrolizowania trzech takich głównych polimerów endospermy:
-

β – glukan, pentozany;

hordatyny (występuje tylko i wyłącznie w jęczmieniu);

skrobia.

Piwo tylko z nasion jęczmienia !

Do przygotowania pożywki dla drożdży niezbędne są jeszcze dwa składniki:

chmiel

woda - uzdatniana jest przede wszystkim w jony wapnia. Jony Ca

są niezbędne do ochrony α – amylazy

słodowej przed termoinaktywacją, a poza tym stymulują aktywność proteaz i innych amylaz. Dlatego też do
takiej oczyszczonej wody dodaje się wapnia w postaci gipsu, CaSO

lub mieszanki soli Ca

2+.

Mamy już wodę, suszone kwiatostany chmielu, słód, następuje przygotowanie brzeczki, czyli

przygotowanie pożywki dla drożdży.

Brzeczkę wytwarza się w procesie zacierania (ekstrakcja). Suszone kwiatostany chmielu, słód miesza

się z ciepłą wodą i podgrzewa się przez pewien określony czas, czyli inkubuje się. Do tej wody mają się teraz
przedostać wszystkie te składniki, które są w tej wodzie rozpuszczalne. Zatem: cukry proste, wyższe polimery
cukrów – dekstryny, aminokwasy, peptydy, białka, witaminy, nierozpuszczalne związki fosforu, polifenole i ich
prekursory (znajdują się one w tej masie roślinnej, w podkiełkowanych nasionach jęczmienia, które zostały
wysuszone).

54.

Jakie organizmy wykorzystuje się w browarnictwie :

Wykorzystuje się w zasadzie dwa gatunki drożdży:

Saccharomyces uvarum (carlsbergensis)

– mówi się, że fermentują na dnie (drożdże po zakończeniu

fermentacji osiadają na dnie). Temperatura optymalna dla tej fermentacji 7 - 15°C. Wykorzystuje się przy
produkcji piw ciemnych, leżakowatych typu „lager”. Posiadają gen MEL – wytwarzają egzokomórkowy enzym α
– galaktozydazę (inaczej melibiaza). Bierze swoją nazwę od jednego z cukrów, jakie występują w brzeczce -
melibioza ;
-

Saccharomyces cerevisae -

mówi się że fermentują na powierzchni (mają tendencję do osadzania się

na pęcherzykach CO2 – drugi produkt procesu fermentacji). Temperatura optymalna dla tej fermentacji 8 -
22°C. Wykorzystuje się przy produkcji piw typu „ale”.

55. Kolejność rozkładu cukrów przez drożdźe :

Drożdże rozkładają następujące cukry (złożone) z brzeczki (w kolejności):

sacharoza;

glukoza;

fruktoza;

maltoza i maltotrioza (główne cukry brzeczki) – rozkładane wewnątrzkomórkowo.

56. Metoda dekokcyjna produkcji piwa :

Jedną z metod produkcji piwa jest metoda dekokcyjna (infuzyjna), stosuje się w niej zaawansowaną

proteolizę. Prowadzi się proces słodowania w taki sposób, aby również z w dużym stopniu zostały
zhydrolizowane białka zapasowe przez własne enzymy jęczmienia. W tej metodzie stosuje się dwie rodzaje
przerw:
-

przerwa białkowa – trwa od 20’ do 2,5h, polega na tym że prowadzi się inkubację w temperaturze od 45 do

53°C. W tej temperaturze aktywne są enzym proteolityczne i następuje rozkład białek zapasowych;
- przerwa cukrowa

– trwa od 30’ do 90’, inkubację w temperaturze od 65 do 66°C (brak aktywności enzymów

proteolitycznych).

57. Zastosowania oksydazy glukozowej :

Dwa zastosowania ma oksydaza glukozowa. Może ona być stosowana jako rozpuszczalny preparat a

także jako immobilizowany. Po pierwsze jest wykorzystywana do obniżenia stężenia tlenu rozpuszczonego w
piwie a także do usunięcia tlenu znad powierzchni w butelkach i puszkach, a także do piwa butelkowanego jest
dodawana aby zapobiegać zmianom utleniającym w gotowym produkcie.

58. Zjawisko killerowe:

Pewne rodzaje drożdży wytwarzają specyficzną toksynę białkową, która jest wydzielana

pozakomórkowo. To jest toksyna, na którą te szczepy, które ją wytwarzają, są na nią niewrażliwe, natomiast
jeżeli nastąpi zakażenie takiego szczepu przemysłowego szczepem zdolnym do wytwarzania tej toksyny
białkowej (jeżeli to zakażenie jest w ilości niższej niż 0,1%) to w ciągu niespełna kilku do kilkunastu godzin
następuje całkowite zniszczenie szczepu przemysłowego. Okazuje się że ta toksyna jest w zasadzie kodowana
przez bardzo podobne do plazmidów RNA (dwuniciowa, zamknięta cząsteczka RNA), która jednocześnie
koduje receptory na powierzchni komórki czyniące te komórki producenckie niewrażliwe na działanie tej
toksyny.Nowoczesna biotechnologia umożliwiła skonstruowanie szczepów przemysłowych, które są oporne na

tą toksynę (zymocyt), a jednocześnie szczepy te wytwarzają swoją własną toksynę, która jest skierowana
przeciw szczepom zagrażającym produkcji.

59. Fermentacja mlekowa i produkcja mleka :

Fermentacja mlekowa to proces, w którym substratem jest cukier. Tak jak w każdej fermentacji

pierw

szym etapem utlenienia tego cukru jest glikoliza a produktem glikolizy jest kwas pirogronowym. Jeżeli jest

to homofermentacja alkoholowa ma nam powstać kwas mlekowy i stąd ta fermentacja nazywa się fermentacją
mlekową i stąd bakterie fermentacji mlekowej i niech nikt nigdy nie mówi, że substratem tej fermentacji jest
mleko!

Mleko, nie jest ani substratem ani produktem fermentacji mlekowej !. Mleko jest takim „skomplikowanym”
układem, który jest roztworem koloidalnym. Podstawowe składniki mleka:

kazeina (micele

– powoduje ze białko jest koloidem), zawiera 80% białka, wrażliwa na precypitację

(strącanie) kwaśną, solami, enzymami, ciepłem;

białka rozpuszczalne, niewrażliwe na precypitację enzymatyczną;

tłuszcze, zaokludowane kazeiną, na micelach;

laktoza (cukier mleczny -

disacharyd) → glukoza + galaktoza → pirogronian → mleczan (+ CH

COOH +

– śladowe ilości). Glukoza jest dalszym substratem w fermentacji.

Fermentacje mlekową wykorzystuje się do:

produkcja serów. Jest to bardzo stara metoda i szeroko stosowana, proces polegający na oddzieleniu od
części płynnej i cukrowej mleka – białek i tłuszczy;

produkcja fermentowanych produktów mlecznych, takich jak kwaśna śmietanka, maślanka, kefir, jogurt.

Nie jest obojętne: jaki jest czas inkubacji, jak długo pozwala się mikroorganizmom w tym mleku żyć i w jakiej
temperaturze się odbywa;

-

kwaśne mleko to temp. 37-400C przez 16-18h;

maślanka wymaga niskiej temperatury i 18h;

kefir temp. zbliżona do pokojowej przez 12h ale potem jeszcze w niskiej temp. kefir dojrzewa przez 1 – 3 dni.

W zależności od startera i od tego, co chcemy otrzymać stosuje się różnego rodzaju temperatury.

Mleko zanim zostanie przetworzone musi zostać w pewnie sposób przygotowane. Nie możemy sobie

pozwolić na to, aby poddać mleko sterylizacji zbyt wysoką temperaturą, ponieważ podwyższanie temperatury
powyżej pewnego stopnia na tyle destabilizuje cały ten skomplikowany układ mleka, że nie można doprowadzić
do odpowiedniego ścięcia sernika, czyli koagulacja białka i tłuszczu nie nastąpi w odpowiedni sposób. Istnieje
cała skomplikowana procedura przygotowania mleka:

filtrowanie w temperaturze 30°C, które pozbywa mleko większych osadów;

klarowanie

– sedymentacja w wirówkach (sedymentatory) w temperaturze 28 - 30°C, 7 – 50 tys .l/h – 5

tys. obr/h;

usuwanie bakterii

– wirowanie, 54°C;

w zależności od tego do produkcji jakiego sera to mleko będzie użyte stosuje się
subpasteryzacja

– temperatura 63 - 65°C a potem gwałtowne obniżenie 4 - 8°C;

ultrafiltracja (sery miękkie),
pasteryzacja

– temperatura 63°C przez 30 minut lub 74°C przez 16 sekund;

dodatki:
0,02% CaCl

(lepsza koagulacja);

(Edam, Gouda, Swiss);

kolor (barwniki pochodzenia naturalnego, roślinnego) - tak jak zmienia się stosunek białek do tłuszczy w
zależności od pory roku, czyli w zależności od tego czy zwierzęta są karmione w sposób naturalny, czy są
karmione w sposób sztuczny, te które pasą się na trawie dają mleko żółte, ponieważ w trawie znajduje się
szereg barwników – karotenoidy, jeżeli w sposób sztuczny dodaje się takie barwniki. Jeżeli produkuje się
sery pleśniowe, np. takie, które mają nalot niebieskiej pleśni to takie mleko się dekoloryzuje, ponieważ ta
niebieska pleśń w porównaniu z żółtym kolorem mleka byłaby zielona;
lipazy (Parmezan)

– pochodzenia mikrobiologicznego.

Są dwa gatunki, o których należy pamiętać w związku z fermentacją mlekową:

- Streptococcus (np. lactis)
- Lactobacillus

–( nie trzeba pamiętać imienia i nazwiska bakterii, nazwisko wystarczy).

Tych bakterii jest znacznie więcej i różne gatunki mikroorganizmowi wnoszą różne walory smakowe i
zapachowe. Czyli obok produkcji kwasu mlekowego w wyniku fermentacji powstają związki decydujące o
walorach smakowych.

w maślance i kwaśnym mleku smak nadaje acetaldehyd.

60. Chymozyny :

Od momentu, kiedy zaczęto te sery produkować wykorzystywano chymozymy – podpuszczka

(biochemiczna nazwa

– renina). Jest to proteaza i występuje w żołądku cieląt karmionych mlekiem. Jest

preparatem dość drogim, w związku z tym istnieją pewnego rodzaju możliwości dzięki nowoczesnej
biotec

hnologii aby można było korzystac z innego źródła podpuszczki. Wykorzystuje się tego enzymu bardzo

dużo bowiem 1g reniny na 100g mleka. Stosowano pepsynę i enzymy z pleśni Muco ewentualnie z bakterii
Bacillus subtilis zamiast reniny.

Póki były to dawne czasy, te enzymy były niezbyt efektywne, dlatego że wymagana była specyficzna

charakterystyka, mianowicie te enzymy powinny mieć niską aktywność proteolityczną natomiast wysoką
aglutynacje białka, tzn. produkty proteolizy za pomocą takiego enzymu muszą być na tyle kwaśne aby
powodowało silne ścięcie sernika a jednocześnie nie może białko ulec zbyt wielkiej biodegradacji no bo ono
ma być dla nas zachowane (egoiści) w postaci tego sera. Obecnie istnieją metody, które zastępują to
tradycyjne źródło podpuszczki.

61. Serwatka :

Po produkcji sera zostaje bardzo duża część płynna mleka zwana serwatką. Serwatkę zagęszcza się

(np. za pomocą ultrafiltracji, frakcjonowania czy odwrotnej osmozy), dzięki temu uzyskuje się maksymalny
odzysk białka, są to białka niewykorzystane w produkcji sera gdyż są rozpuszczalne w wodzie niepodatne na
ścinanie enzymatyczne czy na precypitację kwaśną. Laktoza odzyskana z serwatki służy do otrzymywania
hydrolizatów, takich gdzie powstają syropy glukozowo galaktozowe tzn. poddaje się laktozę wydzieloną z
serwatki albo kwaśnej hydrolizie albo enzymatycznej (obecnie enzymatyczna przeważa) i oczyszczaniu. dawcą
enzymu jest niższy grzyb Aspergillus niger albo E coli. - kolejne zastosowanie enzymu w konkretnej produkcji –
wytwórnie przemysłowe wykorzystujące proces enzymatyczny i enzym z grupy glikozydaz do produkcji syropów
glukozowo-galaktozowych.

Inne wykorzystanie serwatki:
-

można z niej otrzymywać etanol (1 litr etanolu otrzymuje się z 42 litrów serwatki).

- serwatka jest substratem do p

rodukcji kwasu mlekowego z wykorzystaniem możliwości fermentacyjnych

określonych mikroorganizmów.
-

oraz produkcja niealkoholowych napojów fermentowanych z serwatki (fermentacja tu nie jest alkoholowa),

serwatka bardzo dobrze komponuje się z sokami owocowymi, wysyca się to CO2 i gotowe.

62. Kwas cytrynowy :

struktura chemiczna tego kwasy

– grupy hydroksylowe zbliżone do siebie – dlatego jest dobrym

związkiem kompleksującym np. metale ciężkie – żelazo, miedź, dlatego bardzo często wykorzystywany:

- jako ch

elator metali zmniejsza procesy utleniania przebiegające w tłuszczach.

- nie jest korozyjny

–czyszczenie bojlerów i instalacji – nie niszczy powierzchni metalowych - dodatek do

środków czyszczących.
- stabilizuje kwas askorbinowy

– zapobiega jego utlenianiu

daje efekt musujący z węglanami i dwuwęglanami – dodatek do leków rozpuszczalnych i musujących (np.

rozpuszczalna aspiryna)
-

stosowany jako anion do leków, które maja charakter zasad

sól trójsodowa kwasu cytrynowego zapobiega krzepnięciu krwi – kompleksuje wapń

sól żelazowo-amonowa – wykorzystywana w anemii – nośnik żelaza

- mieszaniny buforowe

– w -farmakologii, kosmetyce

do usuwania tlenku siarki z gazów odlotowych.

estry z różnymi alkoholami dają możliwość otrzymania plastyfikatorów do produkcji foli do pakowania

żywności. Folia taka pochodzi z ze związków naturalnych jest opakowaniem nietoksycznym i szeroko
stosowanym.

Organizmem produkującym obecnie kwas cytrynowy jest grzyb Aspergillus niger, w oparciu o aktywność tego
mikroorganizmu są możliwe dwa procesy: fermentacja powierzchniowa i fermentacja wgłębna.

W przypadku fermentacji powierzchniowej biomasa rośnie na powierzchni podłoża, w przypadku fermentacji
wgłębnej w całej jego objętości (tzw. wzrost dyfuzyjny). Obie te fermentacje wykorzystują jako źródło węgla i
energii nieodpowiednie dla przemysłu cukrowniczego melasy: z buraków cukrowych lub trzciny cukrowej
ewentualnie syrop glukozowy. Istnieje też proces oparty na aktywności drożdży Candida ale nie ma on
większego zastosowania. 30% produkcji oparty jest o proces fermentacji powierzchniowej.

W procesie tym do melasy o określonym stężeniu dodaje się składników nieorganicznych i żelazicyjanek i takie
podłoże podlega sterylizacji i gotowaniu. Żelazicyjanek potasu – znaczenie regulujące w przypadku produkcji
kwasu cytrynowego ma dostępność komórek do jonów cynku, żelaza i manganu. Dodanie żelazicyjanku w
odpowiedniej ilości, aby jonów metali było tyle ile wymaga tego produkcja (przed dodaniem żelazicyjaku do
podłoża określa się przez miareczkowanie ilość metali w podłożu i wówczas dodaje odpowiednia ilość tej soli).

Proces wgłębny – funkcjonujący na szerszą skalę – przebiega w fermentorach, gdyż biomasa rośnie w całej
objętości podłoża – są to zbiorniki z mieszaniem i napowietrzaniem, wymagające chłodzenia. Proces przebiega
w temp. 25-

37 stC. Podłoże przygotowywane jest w ten sam sposób jak przy fermentacji powierzchniowej.

Proces został opracowany w ten sposób, że wykorzystuje on biochemię nadprodukcji kwasu cytrynowego i
gromadzenia się go w komórkach wykorzystywanych jako organizmy producencie. Normalnie kwas cytrynowy
jako metabolit pośredni nie powinien się w tych komórkach gromadzić.
60% kwasu cytrynowego u organizmów producenckich pochodzi z reakcji C1 + C3, kwas pirogronowy +
dwut

lenek węgla – reakcja katalizowana, przez karboksylazę pirogronianową. 40% pochodzi z reakcji

rozpoczynającej cykl krebsa, czyli z przyłączania acetylo-CoA do kwasu szczawiooctowego.

Najważniejsze – z produkcji kwasu cytrynowego:
-organizmem producenckim jest Aspergillius niger
-

są dwa procesy fermentacyjne: powierzchniowy i wgłębny – proces wgłębny jest szerzej stosowany.

nagromadzanie się kwasu cytrynowego jest możliwe przez sterowanie warunkami podłoża, warunkami

hodowli oraz dzięki szczególnym procesom metabolicznym samych bakterii.

63.

Środki smakowe i zapachowe pochodzenia mikrobiologicznego.

Przemysł spożywczy od dawna interesował się tym, co nadaje specyficzny smak produktom

otrzymywanym na drodze fermentacji. Sam proces fermentacji zwykle prowadzi

– w przypadku mlekowej

przeprowadzanej w mleku do ścięcia sernika, ale w zależności od tego, jakie są tam mikroorganizmy, powstaje
szereg różnych metabolitów nadających specyficzny smak i zapach produktom mlecznym. To samo dotyczy np.
fermentacji mle

kowej prowadzonej przy wytwarzaniu piwa i wina. Już na początku dwudziestego wieku zaczęto

się zastanawiać, czemu niektóre sery odpowiednio „pachną”, ewentualnie śmierdzą, tudzież same chodzą .
Odkryto, że jedną z grup związków występujących w serach aromatycznych są metyloketony, że diacetyl,
powstający również przy przetwórstwie mlecznym daje zapach masłopodobny.

Metyloketony

(jedna z grup podstawowych związków występujących w serach) – badano je na

przykładzie Penicillium roquefortii, okazało się, że głównym ich producentem są spory (nie komórki
wegetatywne), powstają one w procesie bardzo podobnym do -oksydacji, któremu ulegają kwasy tłuszczowe o
łańcuchu węglowym mniejszym niż 14 węgli, ta reakcja utleniania przebiega z jednoczesną dekarboksylacją –
utlenianie tych kwasów powoduje powstanie związków nadających serom pleśniowym specyficzny smak i
aromat. Okazało się, że produkcja przemysłowa tylko i wyłącznie tych związków jest bardzo kosztowna –
bardzo wiele z nich jest lotnych, są one toksyczne dla grzybów, więc nagromadzający się produkt jest
czynnikiem ograniczającym

Diacetyl

w rozcieńczonym roztworze daje zapach maślany, wykorzystuje go przemysł spożywczy i

fermentacyjny. Są mikroorganizmy, które wykorzystuje się do jego produkcji na skalę przemysłową (szczegóły
nie są znane, związek od lat jest sprzedawany w USA, jako produkt importowany z Francji, gdyż Stanach
próbuje się metodami możliwie najbardziej ekonomicznymi i tanimi otrzymać to, co normalnie wytwarza się
metodami naturalnymi, stąd prawdopodobnie sery sprzedawane tam jako naturalne, wcale takimi nie są).

Otrzymuje się też laktony – ale laktony specyficzne: cykliczne estry hydroksykwasów, wykorzystywane

jako środki zapachowe – mogą mieć zapach brzoskwiniowy, śmietankowy, owocowy, orzechowy, kokosowy,
miodowy. Można to albo robić metodami enzymatycznymi (i tak się to robi) – wtedy stosowanym enzymem są
lipazy, albo wykorzystuje się mikroorganizmy, które hodowane na odpowiednim substracie, wytwarzają tego
typu związki.

Innymi związkami smakowymi i zapachowymi są kwas masłowy i izowalerianowy. Kwas masłowy – nie

pachnący zbyt ładnie – w małych stężeniach wykorzystywany jest przez przemysł spożywczy i perfumeryjny,
jego estry natomiast stanowią szeroko stosowane związki zapachowe, np. ester pentylowy

zapach

bananowy, izobutylowy

gruszkowy. Podobnie estry kwasu izowalerianowego

– zapamiętajcie, że nawet jeśli

coś samo niezbyt przyjemnie pachnie, to jeżeli zrobi się z tego ester, to otrzyma się np. zapach jabłkowy,
waniliowo-

jabłkowy, malinowy.

Ester etylowy

kwasu izowalerianowego jest stosowany w cukierkach, gumie do żucia.

4-dekanolid

to główny składnik smakowo-zapachowy truskawek, brzoskwiń i moreli, występuje też w

produktach mleczarskich i w fermentowanej żywności. Jego proces produkcyjny znany jest od 1980 roku, cena
naturalnego produktu

– 1200 $/kg (źródło nie jest co prawda egzotyczne, ale związek pochodzący z

naturalnych źródeł kosztuje 20000 $/kg). Produkt identyczny z naturalnym (uzyskiwany z mikroorganizmów) jest
o wiele tańszy. Wykorzystuje się albo konwersje: podaje się odpowiedni substrat, mikroorganizmy przetwarzają
go w ten związek lub syntezę de novo: wyselekcjonowane mikroorganizmy mają taki metabolizm, że powstaje
to, co normalnie występuje w roślinach i ich owocach.

To samo dotyczy benzaldehydu

(zapach gorzkich migdałów): występuje w nasionach pestkowców, jest

składnikiem glikozydu cyjanogennego (nazwa pochodzi stąd, że gdy zostaje niszczona tkanka roślinna,
zaczynają działać enzymy hydrolityczne uwalniane z lizosomów, rozkładają glikozyd cyjanogenny – zwany tu
amygdalina, oprócz benzaldehydu wydziela się cyjanowodór – sposób obrony przed roślinożercami, bo
cyjanowodór dla mniejszych roślinożerców może wywoływać nieprzyjemne objawy ze strony przewodu
pokarmowego). Tak otrzymywany benzaldehyd jest aromatem naturalnym, natomiast identyczny z naturalnym
uzyskuje się przez mikrobiologiczną degradację fenyloalaniny: niektóre grzyby (podstawczaki) mogą
egzogennie podaną fenyloalaninę degradować na dwa sposoby – albo do benzaldehydu (uzyskuje się to, co
trzeba), albo inną ścieżką metaboliczną do 3-fenylopropanolu (zapach kwiatowy zbliżony do różanego.

64.

Rodzaje zastosowań proteaz w przemyśle jako preparatów enzymatycznych:

zastosowanie znajdują wszystkie rodzaje proteaz:

– dla trypsynopodobnych (otrzymywane z promieniowców lub – jako jedyny tutaj przykład proteaz

pochodzenia nie mikrobiologicznego, tylko zwierzęcego – pankreatyna – mieszanina enzymów lipo- i
proteolitycznych wykorzystywanych w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, jako substytut własnych
enzymów przy chorobach trzustki oraz przy garbarstwie), alkaliczne proteazy pochodzenia bakteryjnego są
stosowane w proszkach i detergentach enzymatycznych obok lipaz

– proteazy tiolowe (głównie pochodzenia roślinnego) – niewielkie zastosowanie
– pepsynopodobne proteinazy kwaśne

Przykłady zastosowania:
-

Kontrola gorzkiego smaku w hydrolizatach białka

Hydroliza białka soi

Hydrolizaty żelatyny

Hydroliza białek serwatki i kazeiny – trawi się trypsyną, pepsyną, albo proteazami trypsyno- i
pepsynopodobnymi pochodzenia mikrobiologicznego dla uzyskania produktów dietetycznych (stosowane
np. w chorobach trzustki czy żołądka, gdy zmniejszone jest wydzielanie natywnych enzymów), proteazy
wykorzystuje się też do produkcji mieszanek zastępujących mleko (poddaje się hydrolizie białka soi,
serwatkę, kazeinian sodu po okresie inkubacji to wszystko razem daje substytut mleka).

Odzysk białka zwierzęcego z kości – po obraniu ich z mięsa zostaje w nich około 5% białka – za pomocą
odpowiednich proteaz pr

odukuje się ekstrakty dodawane także do zup w proszku, konserw (zastosowanie

alkalicznej proteinazy).

Wykorzystywanie białka rybiego

Detergenty enzymatyczne, mleczarstwo (podpuszczka), browarnictwo (na końcu procesu produkcji dodaje
się proteazy, aby zhydrolizować białko, które jeszcze pozostało).

Garbarstwo

– proteazy alkaliczne na etapie moczenia skóry usuwają zanieczyszczenia z tej skóry

Proteazy roślinne stosuje się jako dodatek do paszy (ułatwione przyswajanie), przy produkcji podłoży
mikrobiologiczny

ch, wchodzą w skład mieszanek poprawiających trawienie.

Brinaza (proteaza z Aspergillus oryzae

, podobna do pepsyny) hydrolizuje fibrynę i fibrynogen – u ludzi

poddawanych hemodializie zatykają się fibryną naczynia krwionośne, po zastosowaniu tego enzymu
uz

yskuje się po kilku minutach efekt rozpuszczenia skrzepu.

Kolagenaza

jest stosowana w bezbolesnym usuwaniu małych guzków skórnych, blizn po oparzeniach.

Lizostafina

(pochodzenia bakteryjnego) wykorzystywana jest przeciwko zakażeniom Staphyococcus

aureus wt

edy, gdy zakażeniu uległa powierzchnia skóry, enzym stosuje się na powierzchniach błon

śluzowych nosa i gardła, jest bardzo efektywny (działa jak koagulaza), usuwa zakażenie a jednocześnie
jest nietoksyczny

– bardzo szybko uzyskuje się w ten sposób unieszkodliwienie gronkowca.

65. Produkcja polisacharydów metodami mikrobiologicznymi :

W zasadzie najważniejszym produktem na rynku polisacharydów pochodzenia mikrobiologicznego jest

ksantan. Nazwa tego polisacharydu pochodzi od bakterii Xantomonas campestris.

Jest to żywica, tzw. guma

ksantanowa. Najczęściej jest wykorzystywany do otrzymywania ropy naftowej. Każda baryłka ropy naftowej
wymaga około 0,5kg polimeru o określonej lepkości, takiej jaką ma żywica ksantanowa. Jeden kilogram takiej
żywicy otrzymywanej na drodze fermentacyjnej kosztuje 6-7$. Ksantan jest polisacharydem rozgałęzionym,
zbudowany częściowo z cukrów zmodyfikowanych, cukrów w formie kwasowej, które są jeszcze dodatkowo
zestryfikowane, zawierają też jony sodu, potasu (D-glukoza, D-mannoza, D-glukonian, octan, pirogronian). Ma
lepkość niezależną od temperatury w zakresie od 10 do 70°C i stałą lepkość w dużym zakresie pH od 6 do 9.
Masa cząsteczkowa tego polisacharydu wynosi do 10

. Oznacza to, że w zależności od warunków fermentacji i

w zależności od tego jakie podłoże się zastosuje, można sterować tym, jak wysoko cząsteczkowy ksantan

zostanie otrzymany. Zależy to również od mikroorganizmu. Stosuje się różnego rodzaju szczepy bakterii
produkującej, w zależności od tego jakie są określone potrzeby producenta.

Drugim ważnym polisacharydem otrzymywanym na drodze fermentacyjnej jest dekstran. Syntezuje go

Leuconostoc mesenteroides

, która to bakteria w cukrowniach, gdzie nie zachowuje się odpowiedniej czystości,

zakaża proces produkcyjny, rozkłada sacharozę dzięki enzymowi zewnętrznokomórkowemu, który wydziela do
podłoża, tzw. dekstransacharazę i produkuje dekstran, który magazynuje na zewnątrz komórki i powoduje
chorobę żabiego skrzeku (dekstran powoduje, że cukier wygląda jak żabi skrzek). Komercyjnie produkuje się
dekstran przy wykorzystaniu bakterii Leuconostoc mesenteroides lub innego gatunku Leuconostoc dextranicus
albo z wykorzystaniem ekstraktów bezkomórkowych. Dekstran jest polimerem glukozy. Jego ciężar
cząsteczkowy także jest różny w zależności od szczepu i od warunków fermentacji (9*10

α- glukopiranozy).

Dodatkowo warunki fermentacji decyduja o tym czy będzie to mały czy duży stopień rozgałęzienia. Stosuje się
do produkcji sit molekularnych

(np. oczyszczanie białka na kolumnie). Stopień usieciowania z innymi związkami

(które wiążą wolne grupy hydroksylowe) determinuje wielkość porów zdolnych do wiązania wody w takim sicie
molekularnym. Stosuje się go również w przemyśle farmaceutycznym (opatrunki pochodzenia naturalnego -
biodegradowalne i neutralne dla organizmu).

Trzeci polisacharyd, o którym należałoby pamiętać to pullulan . Jest najbardziej prostym

polisacharydem, w porównaniu z dwoma poprzednimi, jest to po prostu maltotrioza powtarzająca się x-razy.
Masa cząsteczkowa jest różna w zależności od procesu produkcyjnego, gdzie można sterować warunkami
fermentacji, czy będzie to 5*10

czy 4*10

. Jest to polimer obojętny, ma wiele zastosować ze względu na swoje

właściwości. Używany jako lepiszcze, włókna do powlekania powierzchni cienkim filmem. Ponieważ warstwy
uzyskiwane z pullulanu maja niską przepuszczalność dla tlenu, to modyfikacja pullulanu (sieciowanie z innymi
związkami) pozwala otrzymać folie do pakowania żywności i jest to opakowanie, które jednocześnie
zabezpiecza przed utlenienie

m. Głównym producentem jest Japonia, tam ten proces następuje w oparciu o

Azotobacter pullulans.

66. Kwas itakonowy :

inaczej metylenobursztyniwy - j

est to wyjątkowo chemiczny odczynnik i takie ma też zastosowanie ale

jest to jednocześnie przykład na to, że normalny odczynnik chemiczny, czy substrat w syntezach chemicznych
otrzymuje się na drodze biotechnologicznej w procesie fermentacyjnym opartym na aktywności grzybów i jest
on otrzymywany w ilości 15 ton rocznie. W 1931 roku okazało się, że organizmy, które nie dokonują procesu
destylacji mogą dzięki określonemu szlakowi biochemicznemu taki kwas wytwarzać, czyli Aspergillus (grzyb-
uniwersalny jak promieniowce w przypadku otrzymywania antybiotyków), Rhodotorula. Metody chemiczne,
które wychodzą z kwasu octowego są kosztowne jeżeli chodzi o surowiec i dają niższą wydajność w
porównaniu z fermentacją.

Wykorzystanie kwasu itakonowego :

kopolimer kwas itakonowyego z akryloamidem daje tworzywo o bardzo dobrych własnościach schnących,
w związku z tym jest stosowany jako dodatek do farb i lakierów i poprawia ich właściwości adhezyjne i
jednocześnie nadaje im lepsze właściwości schnące.

kopolimer kwas itakonowyego ze styrenem i butadienem służy do otrzymywania siatek do pokrywania
spodów dywanów, jest dodawany do farb i daje im lepszą przylepność

estry kwasu itakonowego stosowane do otrzymywania utrwalaczy (dodatki do farb)

kwas itakonowy z aminami tworzy formy cykliczne, tzw. pyrrolidony i służą jako detergenty

synteza sztucznego szkła.

Proces fermentacyjny j

est znany od przeszło 30 lat. Organizmem, który jest wykorzystywany w procesie

fermentacji jest Aspergillus terreus. Amerykańska forma Pfizer wykorzystuje go w fermentacji wgłębnej ale
znany jest również proces fermentacji powierzchniowej. Różne procesy produkcyjne wykorzystują różne
substraty cukrowe:

glukoza, sacharoza i źródło azotu (NH

)

lub NH

melasa (zawierają już pewne ilości związków azotowych)

Biochemia syntezy kwasu itakonowego.

U organizmów, które wytwarzają ten kwas występuje

dodatkowa reakcja na etapie glikoliza

– cykl Krebsa. Jest to reakcja anaplerotyczna (reakcje uzupełniające

metabolity jakiegoś cyklu biochemicznego, jeżeli jego metabolity pośrednie są odciągane gdzieś na boki, żeby
cały cykl zamknąć musi gdzieś z boku dochodzić określony metabolit. Ta reakcja anaplerotyczna
mikroorganizmów to karboksylacja kwasu pirogroniowego do szczawiooctanu. Kwas itaoknowy powstaje z
akonitanu dzięki enzymowi – dekarboksylazie itakonowej.

Pi + CO

→ szczwaiooctan → cytrynian ↔ izocytrynian

↨ ↨

akonitian ↔ kwas itakonowy

67. Etanol, czyli alkohol etylowy :

Etanol jako odczynnik chemiczny, jako czynnik od syntez ma duże zastosowanie.

Etanol → acetaldehyd → AcOH, aldehyd krotonowy

→ octan

→ butadien, etyloaminy, estry, CHCl

, chlorek etylu

→ etylen → poliestry, surfaktanty, PCV, polistyren, polietylen

Inne możliwości do zastosowania to rozpuszczalnik, alternatywne paliwo.

Istnieją pewne ograniczenia i wymagania jakie muszą spełniać procesy fermentacyjne. W procesie
fermentacyjnym produkcji alkoholu stosuje się trzy rodzaje substratów cukrowych w zależności od tego czym
dana wytwórnia dysponuje i w zależności od przeznaczenia.

Substratami są tu substraty:

sacharozowe

– najdroższe

skrobiowe

– wymagają wstępnej obróbki

celulozowe

– tanie bo to są najczęściej odrzuty z innego rodzaju przetwórstwa ale wymagają wstępnej

obróbki (kosztowna), dlatego że bardzo mało mikroorganizmów celulozę rozkłada.

Drugim ważnym warunkiem dla przebiegu fermentacji są organizmy, które tą fermentację prowadzą.
Najbardziej wydajne są drożdże. Są też odporniejsze. Dotyczy ona tego, że muszą one wytrzymywać duże
stężenia cukru, muszą być osmofilne i muszą wytrzymywać duże stężenie produktów, zatem muszą też być
niewrażliwe na zwiększające się stężenie alkoholu. Również są wykorzystywane termofilne bakterie różnych
gatunków (Clostridium thermosacharoliticum, Thermoahareobacter ethamolicus), a zwłaszcza takie, które
mogą fermentować nie tylko heksozy ale także pentozy (powstają przy rozkładzie tańszych substratów,
głównie celulozowych).

Etanol

– proces fermentacyjny :

1) substraty sacharozowe

(najdroższe):

sok z trzciny cukrowej (koszty transportu, tnie się i mieli trzcinę, wyciska w odpowiednich prasach,
ekstrahuje ciepłą wodą i uzyskuje się w ten sposób do 90% ekstrakcji cukru)

sok z buraków cukrowych (ciągła ekstrakcja wodą w 85˚C, pozostającą pulpę celulozową wykorzystuje się
jako paszę)

wysokocukrowe melasy (zatężone roztwory cukru, by mogły być wykorzystywane przez mikroorganizmy
poprzez częściową hydrolizę rozcieńczonym kwasem, sacharoza → glukoza + fruktoza)

końcowe melasy (to co pozostaje z produkcji cukru spożywczego, czyli nie krystalizujące pozostałości)

słodkie sorgo (wykorzystywane także jako pasza)

serwatka

2) substraty skrobiowe

(tańsze, wstępna obróbka – wymagają konwersji skrobi do cukrów fermentujących):

nasiona zbóż, skrobia bulw, niektóre kaktusy

Skrobię przerabia się w podobny sposób jak w czasie procesu konwersji skrobi. W tym przypadku

pochłania to około 20% kosztów produkcji etanolu. W USA wykorzystuje się skrobię kukurydzianą, w innych
krajach skrobię tych roślin, które w tym klimacie się najlepiej rozwijają (pszenica, jęczmień, żyto, sorgo, ryż,
bulwy ziemniaczane).

3) substraty celulozowe

(dla produkcji alkoholu etylowego jako alternatywnego źródła paliwa, ograniczenia

kosztami transportu i ograniczenia przeróbką wstępną do takich cukrów, które byłyby fermentowalne):

celuloza, hemiceluloza, ligniny (wszystko to co znajduje si

ę w drewnie)

ścieki celulozowe z papierni

ścieki posulfitowe (ścieki pochodzące z produkcji pulpy celulozowej – wymagają usunięcia toksyn, dlatego
że te toksyny nie mogą znaleźć się w procesie produkcji etanolu).

Idealny mikroorganizm, które mogą być wykorzystywane w przemyśle jako producent etanolu na dużą

skalę to jest organizm, który ma zdolność szybkiego fermentowania (jego metabolizm jest szybki i wydajny),
wykorzystuje pentozy (drożdże tu wysiadają), ma wysoką tolerancję na alkohol. Ponieważ oprócz
wykorzystania pentoz wszystkie te cechy spełniają drożdże w związku z tym drożdże są tu tym
mikroorganizmem, który się wykorzystuje jako mikroorganizm produkujący.

Cechy drożdży (otrzymywane metodami inżynierii genetycznej:
-

szybki wzrost

wysoka wydajno

ść

tolerancja na etanol i glukozę

osmotolerancja

niskie optimum pH

odporność na stres chemiczny i fizyczny.

Biochemia procesu fermentacyjnego :

→ 2C

OH + 2CO

+ ATP

Z jednego gramu glukozy otrzymuje się 0,5 gram etanolu w procesie fermentacji. Reakcje uboczne,

takie jak tworzenie biomasy powodują zużycie glukozy, to jest powodem tego że nie jeden na jeden a jeden na
pół. Dodatkowo drożdże wymagają pewnych dodatków, takich jak: NH

Cl, MgSO

, CaCl

ekstrakt drożdżowy

zawierający witaminy niezbędne drożdżom.

Proces jest okresowy. Polega on na przygotowaniu aktywnego inokulum, a to się robi tak jak w każdym

procesie wykorzystującym proces fermentacji, czyli szereg bioreaktorów o wzrastającej objętości. Warunki są
tutaj tlenowe. Inokulum przygot

owuje się w taki sposób, że w ciągu 5 godzin otrzymuje się 5000 komórek na litr.

W każdym procesie produkcyjnym bazującym na biomasie, liczy się komórki, stąd istnieją sposoby, które
umożliwiają policzyć ile jest mikroorganizmów, ile jest żywych komórek. Przygotowanie odpowiedniej biomasy
jest cały czas monitorowane. Proces fermentacji trwa od 40 do 70 godzin w zależności od surowca. Następnie
destylacja, oczyszczanie i mycie fermentora i zaczyna się następną szarżę, dlatego ten proces nazywa się
procesem okresowym.

Występuje pewna odmiana tego procesu. Jest to tzw. proces Melle – Boint, który wymaga krótszego

czasu i pozwala na zwiększenie wydajności, dlatego że używa się do zaszczepu następnej szarży drożdży z
poprzedniego cyklu. Omija się tutaj etap przygotowania aktywnego inokulum. Stosuje się w Europie wtedy, gdy
substratem do produkcji etanolu używa się melasy.

Proces ciągły opracowano tylko dla ługów posulfitowych, czyli dla otrzymywania etanolu dla celów

technicznych, dlatego ze one same w sobie

są sterylne, bo to tak niesympatyczny i brudny surowiec, że trudno

założyć, żeby się to czymś zaraziło, poza tym nie prowadzi się tej fermentacji za pomocą drożdży, tylko
wyselekcjonowaną, specyficzną mikroflorą.

68. Ekstremozymy :
Enzymy pochodzące z mikroorganizmów ekstremofilnych.
-

termofile : Topt > 45°C

hipertermofile : Topt > 85°C

psychrofile : Tmin < 0°C

- acidofile : pH < 2
- alkalofile : pH > 10
- barofile : p > 1 atm
- halofile : NaCl 4-5M
-

metalofile : odpowiednie metale ciężkie

- mikroaerofile : O2 < 21%
-

enetektofile : mikroorganizmy żyjące w eutektycznej warstwie lodu (lód typu 4)

Badania zaawansowane prowadzone są na termozymach.
Komercyjny sukces: fag polimerazy z Thermusagnaticus (Pyrococcusfuriosus):
termofilne amylazy, ksylanazy, proteazy (produkcja glukozy i fruktozy ze skrobi, bielenie mas
papierniczych, browarnictwo, detergenty piorące).

Etap wdrażania:

- pullulanaza z Thermococcusaggregans
- hydrataza nitrylowa z Bacilluspallidens
- termoacydofilna esteraza z Bacillusacidocaldavirus
- termostabilne lipazy z Bacillusthermocatemulants

Badane psychrofile:
- lipaza z Candidaautarctica
- antarktyczna mletylizyna z TA41 (muteina 3G7-3 cykle ukierunkowanej ewolucji in vitro, wymiana 7
aminokwasów, 500-krotny wzrost termostabilności w 60°C, przesunięcie Ttop)- detergenty piorące
- psychrofilne oksydorektuazy-

biosensory, bioremedacja skażonych ropopochodnymi związkami środowisk

lipazy i esterazy w środowiskach niewodnych (gęstość cząsteczki)

- glikozydaza - w niskotemperaturowych r

oztworach hydrolizy (hydroliza laktozy w mleku i ściekach o dużej

zawartości serwatki

Enzymy eutektofili-

badanie metagenomu („środowiskowe DNA”).

69. Leki o działaniu nieantybiotycznym:

Polietery

(używane jako promotory wzrostu u przeżuwaczy):

Avermyktyny (makrocykliczne laktony produkowane przez Streptomyces avermitilis)

wykazują aktywność

przeciw

pasożytniczą

Statyny

(pochodzenia grzybowego, czynniki obniżające poziom cholesterolu u ludzi i zwierząt):

- Parastatyna
- Kwas klawulanowy (inhibitor penicylaz)
Akarboza (Actinomycetes) : inhibitor jelitowej glukozydazy, hiperglikemia i synteza
trójglicerydów w wątrobie i jelicie u pacjentów z cukrzycą, otyłością i hiperlipidemią IV

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
k biotechnologia id 229589 Nieznany
PODSTAWY BIOTECHNOLOGII id 3668 Nieznany
edema biotech materialy id 1501 Nieznany
Biotechnologia egzamin id 89038 Nieznany
biotech opracowanie 1 id 89010 Nieznany
biotechnologia zad 01 id 89134 Nieznany (2)
biotechnologia 160 id 89058 Nieznany
bol biotech materialy id 74968 Nieznany (2)
biotech pytania id 89008 Nieznany (2)
biotechnologia roslin1 id 89111 Nieznany (2)
Biotechnologia Wyklady id 89130 Nieznany (2)
edema biotech materialy id 1501 Nieznany
Biotechnologia egzamin id 89038 Nieznany
Abolicja podatkowa id 50334 Nieznany (2)
4 LIDER MENEDZER id 37733 Nieznany (2)
katechezy MB id 233498 Nieznany
metro sciaga id 296943 Nieznany
perf id 354744 Nieznany

więcej podobnych podstron