BIOKATALIZA (tematy wystąpień)
(prowadzący: dr inż. Anna Kasprzycka)
Podstawy biokatalizy. Podstawowe oraz nowe klasy biokatalizatorów naturalnych (rybozymy, mikrozymy) i obcych dla przyrody (ksenozymy). Abzymy. Synzymy. Ewolucja enzymów in vitro. Biokataliza stosowana a biotechnologia. Skrining enzymów. Doskonalenie właściwości enzymów. Kinetyka reakcji enzymatycznych. Teoria Michaelisa-Menten i Briggsa-Haldane'a. Kinetyka reakcji z jednym i wieloma substratami. Kinetyka enzymów allosterycznych. Stałe kinetyczne reakcji. Stała wydajności (specyficzności) katalitycznej - kkat/Km. Inhibicja enzymów i jej kinetyka- PRZYPOMNIENIE.
Enzymy jako białka globularne. Rodzaje II-rzędowej struktury enzymów. Struktury naddrugorzędowe; wspólne motywy. Konformacja enzymów. Domeny strukturalne. Konformacja wybranych enzymów monomerycznych. Lizozym. Papaina. alfa-Amylaza. Enzymy oligomeryczne. Kompleksy wieloenzymowe. Syntaza kwasów tłuszczowych. Dehydrogenazy 2-oksokwasów.
Badanie struktury enzymów. Izolacja i oczyszczanie enzymów. Oznaczanie masy cząsteczkowej: sączenie molekularne i elektroforeza w żelu poliakryloamidowym (SDS-PAGE). Analiza aminokwasów N- i C-końcowych. Sekwencyjna analiza białka enzymatycznego. Spektralne metody badania konformacji enzymów. Homologiczne molekularne modelowanie.
Katalityczne właściwości enzymów Model budowy centrum katalitycznego (aktywnego) - miejsce wiążące i katalityczne. Mechanizm katalizy. Teoria stanu przejściowego (tranzycji). Kataliza wewnątrzcząsteczkowa i wielosubstratowa. Kataliza kowalencyjna na przykładzie mechanizmu działania proteinaz serynowych. Molekularny mechanizm działania alfa-amylazy. Grupy funkcyjne enzymów i ich modyfikacje odczynnikami nieselektywnymi oraz selektywnymi jako narzędzie badania katalitycznych właściwości enzymów Znakowanie substratami, pseudosubstratami, analogami stanu tranzycji. Różnicowa modyfikacja enzymów.
Biokataliza niekonwencjonalna. Kataliza w roztworach organicznych. Kryteria doboru rozpuszczalników dla biokatalizy. Pojęcie warstwy wody niezbędnej i jej wpływ na aktywność enzymu w środowisku mikrowodnym. Modyfikacje warstwy wody niezbędnej. Enzymy rozpuszczalne w rozpuszczalnikach hydrofobowych. Wykorzystanie biokatalizy w środowisku organicznym w syntezie estrów i peptydów. Kataliza micelarna. Kataliza w warunkach nadkrytycznych. Kataliza w niskich i wysokich temperaturach. Psychro- i termozymy: kinetyka, osobliwości strukturalne, znaczenie użytkowe. Kataliza w środowisku wodnym.
Stabilizacja enzymów. Immobilizacja: metody naturalne i syntetyczne nośniki. Aplikacja immobilizowanych enzymów. Kinetyka reakcji enzymatycznych. Kinetyka enzymów immobilizowanych. Gospodarcze znaczenie enzymów. Enzymy w przemyśle i w medycynie. Enzymy jako narzędzie w biologii molekularnej i w inżynierii genetycznej. Biokataliza stosowana; biała biotechnologia.
Literatura:
Elementy Enzymologii. (J. Witwicki, W. Ardelt. red.) PWN Warszawa 1984;
Podstawy biotechnologii przemysłowej, Praca zbiorowa pod red. W. Bednarskiego i J. Fiedurka, WNT, 2007;
Kafarski P. Lejczak B., Chemia Biorganiczna, PWN Warszawa 1994;
Lippard S.J., Berg J.M., Podstawy Chemii Bionieorganicznej, PWN, Warszawa 1998;
Patrick G.L., Chemia Medyczna, WNT Warszawa 2003;
Metzler D.E., Biochemistry, Harcourt/ Academic Press 2001.