Metabolizm to ogół przemian biochemicznych zachodzących w komórkach umożliwiający przemianę materii i zdobywanie energii. U organizmów jednokomórkowych metabolizm warunkuje spełnianie funkcji życiowych. W ramach metabolizmu wyróżnia się: anabolizm (synteza) i katabolizm (rozkład).

Anabolizm (synteza) są to reakcje chemiczne, w ramach których następuje tworzenie związków bardziej złożonych. Reakcje te wymagają dostarczenia energii.

Katabolizm (rozkład) jest to degradacja związków złożonych zasobnych w energię w związki bardziej proste. Procesom rozkładu towarzyszy zwykle uwalnianie energii i są to reakcje egzoergiczne.

Charakterystyczne jest to, że procesy anaboliczne i kataboliczne przebiegają w sposób ciągły. W organizmach są ze sobą wzajemnie powiązane i nie można ich rozpatrywać rozdzielnie. Zarówno anabolizm jak i katabolizm podlegają złożonym procesom kontrolnym. W organizmach przebiega właściwa gospodarka energetyczna i odbywa się to dzięki regulacji aktywności poszczególnych systemów enzymatycznych.

Z racji na funkcje metabolizm dzielimy na: podstawowy (centralny, pierwotny, pierwszorzędowy) i peryferyjny (wtórny, drugorzędowy).

Wśród procesów metabolicznych wyróżniono zespoły reakcji określane jako:

• metabolizm centralny - zespół reakcji potrzebnych do życia komórki. Obejmuje to zarówno reakcje kataboliczne, anaboliczne jak i amfiboliczne. Przemiany te mają charakter uniwersalny dla znakomitej większości grup taksonomicznych mikroorganizmów i organizmów ywższych.

• metabolizm pośredni - dotyczy głównie przemian katabolicznych. Zaliczane są tu reakcje, które dostarczają substratów dla metabolizmu centralnego np. hydroliza skrobi, białek oraz usuwają nadmiar produktów np. aminokwasy.

• metabolizm peryferyjny - zwykle zespół reakcji anabolicznych. Dostarczają organizmom produkty bardzo specyficzne, niespełniające podstawowych funkcji metabolicznych ułatwiają jednak mikroorganizmom przetrwanie w środowisku poprzez tworzenie takich substancji jak: antybiotyki, toksyny i substancje powierzchniowo - czynne.

Klasycznym zjawiskiem jest to, że metabolity pierwotne powstają w wykładniczej fazie wzrostu, metabolity przejściowe w laktazie, a idiobolity w idiofazie.

GLIKOLIZA

W ramach glikolizy następuje podwójne ufosforylowanie heksozy i jej rozbicie na dwie triozy. Są to cząsteczki pirogronianu bądź fosfoenolopirogronianu. Trioza po reakcji dekarboksylacji w postaci acetyloCoA włączana jest do cyklu Krebsa.

CYKL KREBSA

W ramach cyklu Krebsa dzięki wysokiej reaktywności szczawiooctanu powstają produkty zawierające cztery i pięć atomów węgla, co daje możliwość syntezy aminokwasów zawierających cztery bądź pięć atomów węgla. Cykl Krebsa zachodzi w warunkach tlenowych (powiązany jest z układem oddechowym). Reakcje zachodzące w tym szlaku należą do najbardziej wydajnych energetycznie. Synteza aminokwasów tj. kwas glutaminowy, lizyna, asparagina opiera się właśnie na tych przemianach.

Zasadniczym szlakiem degradacji heksoz jest glikoliza. W wyniku glikolizy powstają fragmenty trój - węglowe (kwas pirogronowy), które w warunkach tlenowych ulegają dekarboksylacji do acetylo - CoA. Etap ten stanowi punkt wejścia w cykl Krebsa. Glikolizę zapoczątkowuje podwójne ufosforylowanie cząsteczki heksozy. Powstające wysokoenergetyczne wiązania fosforowe w fosfotriozach zostają wykorzystane do syntezy dwóch cząsteczek ATP w ramach fosforylacji substratowej.

Przemiany produktów glikolizy w warunkach tlenowych powodują znacznie wyższy zysk energetyczny (fosforylacja oksydacyjna, w ramach której powstaje 36 cząsteczek ATP). Łączny bilans glikolizy, cyklu Krebsa i łańcucha oddechowego daje 38 cząsteczek ATP.

Z biotechnologicznego punktu widzenia w ramach przemian zachodzących w warunkach tlenowych możemy liczyć na pośredniki bioproduktów zawierające 3, 4, 6 atomów węgla.

W warunkach beztlenowych zachodzą procesy fermentacyjne tzn. nie dochodzi do pełnego spalenia substratu i powstają takie produkty jak: etanol, kwas mlekowy, kwas bursztynowy, kwas masłowy, kwas propionowy, kwas octowy, aceton, butanol, izopropanol, wodór, di acetyl, acetoina i butanodiol.

Porównanie wzrostu drożdży Sacharomyces cerevisiae w warunkach tlenowych i beztlenowych.

Ze względu na deficyt związków 4,5 - węglowych w ramach szlaku glikolitycznego funkcjonują reakcje wspomagające - anaplerotyczne powodujące, że główne produkty glikolizy takie jak fosfoenolopirogronian i pirogronian ulegają karboksylacji do szczwiooctanu. Szczawiooctan jest najbardziej reaktywnym pośrednikiem cyklu Krebsa, a tym samym siłą napędową tego cyklu jak również procesu oddychania. Enzymy prowadzące te przemiany to: karboksylaza fosfoenolopirogronianowa i karboksylaza pirogronianowa.

Szlakiem funkcjonującym równolegle z glikolizą jest szlak heksozomonofosforanowy. W ramach tego szlaku glukoza zostaje ufosforylowana do 6 - fosfoglukozy, a następnie utleniona do 6 - fosfoglukonianu. W wyniku reakcji dekarboksylacji powstają pentozy, tetraozy i sedoheptulozo - 7 - fosforan, a następnie erytroza. W ramach tego szlaku powstają związki zawierające 4, 5, 7 atomów węgla. Zysk energetyczny z funkcjonowania tego szlaku wynosi 36 ATP.

Szlak Entnera - Doudoroffa

Pierwszy etap tego szlaku - jak w AMP.

Dalsze etapy szlaku - jak w glikolizie.

Zysk energetyczny tych przemian jest bardzo niski, wynosi zaledwie 1 mol NADPH i 1 mol NADH.

APLIKACJE AMINOKWASÓW

Aktualna światowa produkcja aminokwasów przekroczyła milion ton rocznie. Największy ilościowy udział w tej produkcji mają kwas L - glutaminowy (ok. milion ton) i L - lizyna

(ok. 850 tys. ton).

Aminokwasy są szeroko wykorzystywane przez różne gałęzie przemysłu. Około 66% wyprodukowanych aminokwasów znajduje zastosowanie w przemyśle spożywczym, 30% jako dodatki do żywności i pasz, około 4% w medycynie i przemyśle kosmetycznym i jako substraty w przemyśle chemicznym.

W przemyśle spożywczym aminokwasy, pojedynczo bądź w mieszaninie, są wykorzystywane jako polepszacze smaku, wśród których najbardziej znany jest glutaminian sodu, a także jako antyoksydanty i substraty do otrzymywania słodziku (aspartanu). Coraz powszechniej praktykuje się wzbogacanie pasz oraz żywności, zwłaszcza dietetycznej w deficytowe aminokwasy. W medycynie aminokwasy pełnią rolę czynników terapeutycznych przy zaburzeniach pokarmowych i metabolicznych, są składnikami płynów infuzyjnych. Pochodne niektórych aminokwasów zwłaszcza N - acylowe, stosowane są w przemyśle kosmetycznym jako substancje powierzchniowo - czynne. W przemyśle chemicznym aminokwasy stanowią surowce wyjściowe do produkcji polimerów np. włókien polialaninowych czy poliglutaminianowych. Ten ostatni wykorzystywany jest do pokrywania powierzchni syntetycznych.

METODY OTRZYMYWANIA AMINOKWASÓW

1. Metoda mikrobiologiczna czyli fermentacja prowadzona za pomocą rosnących szczepów produkcyjnych.

2. Synteza enzymatyczna.

3. Synteza chemiczna (szczątkowa).

Do produkcji aminokwasów, w tym kwasu glutaminowego i N - lizyny, wykorzystywane są metody fermentacji.

BIOSYNTEZA KWASU GLUTAMINOWEGO

Do produkcji kwasu glutaminowego, a także lizyny wykorzystywane są szczepy Corynebacterium glutamicum.

CHARAKTERYSTYKA SZCZEPU CORYNEBACTERIUM GLUTAMICUM

Komórki Corynebacterium glutamicum są gram dodatnie, nie tworzą przetrwalników i nie wykazują zdolności do ruchu. Mają one charakterystyczny kształt maczugi (coryne). Mogą rosnąć w warunkach tlenowym i beztlenowych. Są mezofilami, optymalna temperatura wzrostu 28 - 30ºC. Corynebacterium glutamicum nie wykazuje aktywności proteolitycznej, celulolitycznej i amylolitycznej. Wszystkie szczepy są auksotrofami względem biotyny, niektóre wymagają do wzrostu dodatkowo tiaminy. Ich wspólną cechą jest zdolność do sekrecji kwasu glutaminowego, inicjowaną przez dodanie środka

powierzchniowo - czynnego lub antybiotyku.

BIOSYNTEZA I UWARUNKOWANIA SZCZEPU DO NADPRODUKCJI KWASU GLUTAMINOWEGO

1 - dehydrogenaza L-glutaminianowa

2 - syntetaza L-glutaminowa

3 - synteza L-glutaminowa

Centralny metabolizm u Corynebacterium obejmuje:

• glikolizę

• szlak pentozowy

• cykl Krebsa

• synteza reakcji anaplerotycznych (uzupełniających)

System ten uzupełnia cykl Krebsa w kwas szczawiooctowy, który jest dalej przekształcany do kwasu 2-oksoglutarowego. Najważniejszymi reakcjami anaplerotycznymi są reakcje katalizowane przez karboksylazę fosfoenolopirogronianową oraz karboksylazę pirogronianową. W wyniku tych reakcji tworzą się duże ilości szczawiooctanu.

NADPH potrzebny do syntezy kwasu glutaminowego dostarczany jest w dużych ilościach przez cykl pentozofosforanowy.

Bakterie Corynebacterium glutaminum posiadają aktywną dehydrogenazę 2-oksoglutarową. W związku z tym 2-oksoglutaran jest perfekcyjnie przekształcany do kwasu glutaminowego.

Bakterie Corynebacterium glutaminum wykazują wysoką aktywność ureazy rozkładającej mocznik do amoniaku. Jony amonowe wprowadzane są do komórki na drodze dyfuzji, a przy niskim stężeniu tych jonów za pośrednictwem białkowego nośnika.

Pierwotnym biorcą jonów
jest 2-oksoglutaran, który przekształcany jest do kwasu glutaminowego i dalej do glutaminy. W procesie włączenia
do aminokwasu uczestniczą trzy enzymy: dehydrogenaza glutaminianowa [1], syntetaza glutaminowa [2], synteza glutaminianowa [3].

Głównym enzymem jest enzym [1] dwa pozostałe [2] i [3] zabezpieczają syntezę kwasu glutaminowego przy niskim stężeniu jonów amonowych. Kolejnym uwarunkowaniem biosyntezy i nadprodukcji jest brak izoenzymów i związanych z tym dodatkowych mechanizmów regulacji.

Komórki Corynebacterium glutaranum są naturalnymi auksotrofami wymagającymi do wzrostu biotyny. Biotyna uczestniczy w syntezie kwasów tłuszczowych, a zatem w syntezie fosfolipidów obecnych w membranie cytoplazmatycznej. Transport kwasu glutaminowego z komórek do podłoża zachodzi wyłącznie przy niskim stężeniu biotyny w podłożu.

Warunki produkcji kwasu glutaminowego (lizyny).

1. Źródło węgla:

1. Melasa z trzciny cukrowej - zawiera 38% sacharozy i 20% cukrów redukujących (np. glukoza)

2. Melasa buraczana - zawiera 50% sacharozy

3. Hydrolizaty skrobiowe (ok. 60% glukozy)

Szczepy produkcyjne przekształcają 50 - 60% dodanego źródła węgla do aminokwasu (kwasu glutaminowego).

2. Źródło azotu:

1. Amoniak gazowy lub w roztworze wodnym

2. Nieorganiczne sole amonowe (najczęściej siarczan amonu)

3. Mocznik

Jony amonowe pełnią podwójną rolę: jako źródło azotu i jako czynnik regulujący pH podłoża fermentacyjnego. Stężenie tych jonów w pożywce należy utrzymywać na umiarkowanym poziomie, dlatego dodawane są one porcjami w trakcie procesu biosyntezy.

3. Czynnik wzrostu:

1. Aminokwasy

2. Witaminy

Aminokwasy wymagane do prawidłowego wzrostu szczepu wprowadzane są do podłoża z ekstraktem mięsnym, hydrolizatem białka sojowego, wyciągiem narokowym z kukurydzy itp.

Wpływ stężenia biotyny na syntezę kwasu glutaminowego

Optymalna dawka to 2,5μg/l.

Dodatek biotyny (Wit. B₁) do podłoża korzystnie wpływa na wzrost szczepu. W przypadku nadmiaru biotyny w podłożu hodowlanym należy dodać do niego (na początku hodowli) antybiotyk (penicylinę) lub środek powierzchniowo - czynny.

4. Sole mineralne:

1. Makroelementy

2. Mikroelementy

Szczególnie ważną rolę odgrywają makroelementy: K i Mg oraz mikroelementy: Mn(II) i Fe(II). Pierwiastki te wpływają na aktywność enzymatyczną, decydują o kierunku metabolizmu oraz o transporcie substratów i produktów.

5. Odczyn środowiska:

Optymalnym dla wzrostu bakterii jest neutralne lub słabo alkaliczne pH. Dla produkcji kwasu glutaminowego optimum pH mieści się w granicach 7 - 8.

6. Natlenianie:

Ilość dostarczanego powietrza: 2vvm (2 objętości powietrza na 1 objętość pożywki w ciągu 1 minuty). Szybkość obrotowa mieszadła ok. 550obr./min.

Nadmiar tlenu sprzyja syntezie kwasu 2 - oksoglutarowego, a nie kwasu glutaminowego. Niedomiar zaś powoduje tworzenie się kwasu bursztynowego i mlekowego.

7. Temperatura: 30 - 32ºC

Biosynteza kwasu glutaminowego to system fermentacji okresowej z zasilaniem pożywką w bioreaktorach o pojemności 1000m³. proces biosyntezy kwasu glutaminowego, podobnie jak lizyny, jest procesem dwufazowym:

• Faza I - wzrost szczepu

• Faza II - właściwa biosynteza kwasu glutaminowego

W przypadku nadmiaru biotyny w podłożu hodowlanym, należy do podłoża (na początku hodowli) dodać antybiotyk (penicylina) lub środek powierzchniowo czynny.

WYKŁAD 5 z 23.03.2009r.

Zasadniczym szlakiem degradacji heksoz jest glikoliza. W jej wyniku powstają fragmenty 3- węglowe (kwas pirogronowy), które w warunkach tlenowych ulegają dekarboksylacji do acetyloCoA i etap ten stanowi punkt wyjścia w cyklu Krebsa. Glikolizę zapoczątkowuje podwójne ufosforylowanie cząsteczki heksozy i powstające wysokoenergetyczne wiązania fosfatazowe zostają wykorzystane do syntezy 2 cząsteczek ATP w ramach fosforylacji substratowej.

Przemiany produktów glikolizy w warunkach tlenowych powodują znacznie wyższy zysk energetyczny (fosforylacja oksydacyjna) w ramach której powstaje 36 cząsteczek ATP. Łączny bilans glikolizy cyklu Krebsa i łańcucha oddechowego daje 38 cząsteczek ATP.

Z biotechnologicznego punktu widzenia w ramach widzenia przemian zachodzących w warunkach tlenowych możemy liczyć na pośredniki bioproduktów zawierających 3, 4 i 6 atomów węgla. W warunkach beztlenowych, przy deficycie tlenu zachodzą procesy fermentacyjne, tzn. nie dochodzi do pełnego spalenia substratu, powstają takie produkty jak: etanol. Kwas mlekowy, bursztynowy, masłowy, propionowy, octowy, aceton, butanol i izopropanol, wodór, diacetyl.

Fermentacja- proces niepełnego spalania, np. fermentacja etanolowa

Fermentacja mlekowa- hodowla stacjonarna, ser, mleko

Fermentacja nie jest ściśle beztlenowa.

Ze względu na deficyt związków 4- ro i 5- cio węglowych w ramach szlaku glikolitycznego funkcjonują reakcje wspomagające anaplerotyczne, powodujące, że głowne produkty glikolizy, tj. : fosfoendopirogronian i pirogronian ulegają karboksylacji do szczawiooctanu.

Szczawiooctan jest najbardziej reaktywnym pośrednikiem cyklu Krebsa, a tym samym siłą napędową tego cyklu, jak również procesów oddychania. Enzymy prowadzące te przemiany to: karboksylaza fosfoenolopirogronianowa i karboksylaza pirogronianowa.

Szlakiem funkcjonującym równolegle z glikoliza jest szlak heksanomonofosforanowy, w ramach tego szlaku glukoza zostaje ufosforylowana do 6- fosfoglukozy, a następnie utleniona do 6- fosfoglukonianu. W wyniku reakcji dekarboksylacji powstają: pentozy, tetrozy, erytrozyna. W ramach tego szlaku powstają związki zawierające 4, 5, 7 atomów węgla. Zysk energetyczny z funkcjonowania tego szlaku wynosi 36ATP.

WYKŁAD 6 z 6.04.2009r.

Przemiany peryferyjne- metabolizm mikroorganizmów przemysłowych.

Metabolizm wtórny- metabolizm drugorzędowy- metabolizm peryferyjny

Mikroorganizmy oprócz metabolitów niezbędnych dla rozwoju mogą wytwarzać produkty, niespełniające funkcji metabolicznych, wykazujących jednak ważne właściwości. Są to głównie związki niskocząsteczkowe i organiczne. Substancje te określa się ogólnie terminem idiolity, ponieważ ich synteza ma miejsce głównie w formie stacjonarnej, czyli w idiofazie.

Jakkolwiek synteza idiolitów może rozpoczynać się już w tropofazie, przy czym główne ilości idiolitów powstają w fazie stacjonarnej. Z chemicznego punktu widzenia są to (te idiolity), np. aminocukry, alkaloidy, chinony, antocyjany, flawonoidy, fenazyny, nitryle, wybrane peptydy, piperazyny, pirole, polieny, stereoidy, tetracykliny, polipeptydy i inne tego typu związki.

Specyficzne produkty drobnoustrojowe- przykłady zastosowań:

1. Antybiotyki- leczenie chorób infekcyjnych, nowotworów, pszeczepy, konserwowanie żywności

2. Probiotyki- stymulacja kiełkowania nasion i planowania roślin, stymulacja wzrostu zwierząt

3. Toksyny- zwalczanie owadów

4. Inhibitory enzymów- różnorodna aktywność farmakologiczna (nadciśnienie, nowotwory, owrzodzenia żołądka)

5. Polisacharydy:

-dekstran- zastępuje osocze krwi

-pululan- powłoki ochronne produktów spożywczych

-algininian, ksantan- środki żelujące

Generalnie idiolity są substancjami wykazującymi określoną aktywność biologiczną i wśród tych aktywności najważniejsze to:

-wlaściwości anaboliczne

-cytotoksyczne

-hemolityczne

-herbicydowe

-immunostymulujące

-przeciwdrobnoustrojowe (ukierunkowane)

-przeciwnowotworowe

-przeciwzapalne

-uspakajające

-pobudzające.

A teraz przed Wami chyba najbardziej pojebany akapit z wykładów :-D indżoj end hew fan xD

Idiolity tworzone są tylko przez wybrane grupy mikroorganizmów, nie jest to umiejętność powszechna. W produkcji idiolitów wyspecjalizowane są promieniowce Streptomyces, grzyby strzępkowe Penicillium, Aspergillus, Mucor oraz bakterie z rodzaju Bacillus i Azotobacter. Drugą cechą charakterystyczną jest to, że ten sam szczep może wytwarzać równocześnie idiolity należące do różnych klas chemicznych. ***Cechą charakterystyczną jest to, że produkcja idiolitów uzależniona jest w dużym stopniu od warunków hodowli (w dostępności pożywek, rodzaju hodowli, warunków zasolenia, temperatury i pH). Synteza tych związków jest najbardziej intensywna w warunkach ograniczonego czy limitowanego składu podłoża (niskich stężeń źródła C i N).

Rola syntezy tych związków przede wszystkim ekologiczna jest to forma metabolizmu mająca na celu zapewnienie nierosnącej komórce utrzymanie jej aktywności metabolicznej przy jednoczesnym zachowaniu stanu równowagi z otoczeniem w warunkach w których normalny metabolizm związany ze wzrostem populacji i rozmnażaniem jest już niemożliwy. Biochemicy produkcje metabolitów peryferyjnych traktują jako tzw. wentyl bezpieczeństwa i nazywają to formą życia, w której dochodzi do nadprodukcji niektórych metabolitów w sposób niezbilansowany i jest to efekt rozregulowania podstawowych mechanizmów zarządzających życiem populacji. Najszerszym pojęciem definiującym przyczyny powstawania tych związków jest tzw. wolna gra ewolucyjna zachodząca na marginesie wcześniej ukształtowanych procesów życiowych.

Charakterystyczne dla syntezy idiolitów jest to, że w czasie wzrostu mikroorganizmów (tropofaza) występuje silna represja dróg metabolicznych, odpowiedzialnych za produkcję idiolitów. W warunkach, w których wzrost szczepu w jakiś sposób zostaje zagrożony, następuje natychmiastowa derepresja enzymów metabolizmu wtórnego podstawowymi sygnałami do tej de represji jest ograniczenie ilości źródła C, N i P. Głównym mechanizmem odpowiedzialnym za uaktywnienie tych dróg jest sprzężenie zwrotne. Wymiana sygnałów między metabolizmem centralnym i peryferyjnym zachodzi w tzw. węzłach metabolicznych. Metabolizm centralny i peryferyjny mają te same prekursory, są to przede wszystkim ufosforylowane cukry, fosfoenolopirogronian, acetyloCoA, malonyloCoA, aminokwasy (białkowe). Punktem wyjścia tych przemian peryferyjnych są te same związki, które zarządzają metabolizmem centralnym.

20.04.2009

Genetyczne uwarunkowania metabolizmu peryferyjnego:

Mikroorganizmy posiadają genofory, które mogą pomieścić kilka tysięcy genów, u promieniowców które produkują większość antybiotyków jest ich ok. 7 tysięcy, ponieważ w całym cyklu życiowym wykorzystywana jest informacja zawarta tylko w ok. 2 tysiącach genów, tak więc istnieje spory zapas DNA które nie zawierają istotnych informacji dla funkcji życiowych mikroorganizmów. Są to tzw. milczące geny (silent genes) i potencjał tych genów tłumaczy dlaczego mikroorganizmy w określonych warunkach mogą syntetyzować tysiące różnych produktów o specyficznym charakterze zawsze aktywne biologicznie. Wyzwaniem biotechnologów jest to że trudne są do odtworzenia warunki w których synteza idiolitów zostaje uruchomiona.

Geny chromosomalne odpowiedzialne za syntezę związków specyficznych zlokalizowane są obok siebie, tworząc tzw. klaster.

Liczba genów strukturalnych dla różnych metab. specyficznych jest różna, dla biosyntezy dekstranu potrzebny jest zawsze jeden gen. Jest to gen odpowiedzialny za syntezę enzymy dekstranosacharozy, naturalna synteza graniczny wymaga dwóch genów, antybiotyki takie jak afalosporyna, penicylina wymagają obecności kilkunastu genów strukturalnych.

Biosynteza metabolitów specyficznych powiązana jest ściśle szlakami centralnymi. Mają wspólne metabolity pośrednie.

Podstawowymi związkami łączącymi obce formy metabolizmu jest acetyloCoA. Ponad to takie substancje jak malonyloCoA, aminokwasy niebiałkowe i ufosforylowane cukry.

Powstawanie prekursorów do biosyntezy aglikonu antybiotyków polienowych:

* zespół reakcji enzymatycznych, wyróżniających się dużą różnorodnością, funkcjonujący według trybu podobnego do szlaku syntezy kwasów tłuszczowych tak więc reakcjami charakterystycznymi dla tego szlaku będą:

(1) wiązanie grupy arylowej

(2) kondensacja kolejnej cząsteczki malonyloCoA

(3) redykcja grupy ketonowej

(4) wydzielenie cząsteczki wody

(5) redukcja podwójnych wiązań

Szlak poliketydowy działający na użytek syntezy metabolitów specyficznych stanowi modyfikację szlaki syntezy kwasów tłuszczowych polegające na tym że:

1. wytwarzane są tutaj różne prekursory

2. różny jest stopień redukcji wiązań podwójnych

3. włączane są reakcje cyklizacji

4. istnieje możliwość włączenia podstawników wywodzących się ze środowiska hodowlanego (fenylooctan penicylina) lub będący związkiem powstającym w ramach szlaków centralnych

Duża różnorodność struktury chemicznej idiolitów, spowodowana jest niską specyficznością substratową enzymów funkcjonujących w ramach szlaków peryferyjnych.

Istnienie licznych rozgałęzień szlaków peryferyjnych - dzięki temu zjawisku w ramach powstawać mogą substancje różnorodne chemicznie. Substancje łańcuchowe poprzez substancje cykliczne, aromatyczne, wiążące w pierścieniu nie tylko węgiel ale tez azot, siarkę, tlen.

27.04.2009

Wykorzystanie poszczególnych gr organizmów w procesach biosyntezy.

Termin mikroorganizmy nie jest jednoznaczny i do tej gr zalicza się bakterie, liczne grzyby, niektóre glony (algi), pierwotniaki, odrębną gr stanowią wirusy, które stanową przedmiot zainteresowania biotechnologii a są to niekompletne jednostki z pogranicza życia i materii nieożywionej.

Cechy bakterii takie jak: nieposiadanie jadra, różnice w barwieniu grama i wynikające stąd istotne różnice w budowie ściany komórkowej zdolność do przetrwalnikowania, determinują przydatność poszczególnych grup bakterii do określonych dziedzin biotechnologii. I tak bakterie nieprzetrwalnikujace (błona wielowarstwowa) stosowane do produkcji metabolitów niskocząsteczkowych, wśród najczęściej wykorzystywanych są tu: bakterie kwasu glutaminowego ( Corymebacterium, Beribacterium), bakterie kwasu mlekowego (Lactobacillus, Leuctnostoc), bakterie kwasu octowego (Acetobacter, Gluconobacter) spośród bakterii garmujemnych na szczególna uwagę zasługuje E.coli, mikroorganizm zasiedlający nasze jelita wytwarzający naszym organizmie szereg witamin, które możemy wykorzystać. E. coli wykorzystywane są do produkcji amylazy penicylinowej (enzym służący do produkcji półsyntetycznych penicylin).

Ponad to E. coli zasłużyła się biotechnologii jako doskonały biorca obcego DNA.

O wiele szersze wykorzystanie znalazły bakterie ………… gramdodatnie. Dzięki szczególnej budowie, ściany komórkowej tych bakterii (przewaga peptydoglukanu, bark przestrzeni periplazmatycznej), powodując że bakterie te mogą wydzielić poza komórkę mnóstwo substancji w tym również niskocząsteczkowych [enzymów]). Szczególne zastosowanie w biotechnologii zajęły szczepy rodzaju Bacillus, mogą one wydzielać poza komórkę nie tylko enzymy ale i antybiotyki oraz insektycydy.

Antybiotyki:

• bacytracyna

• utynozuna

• gramicydyny

• polimyksyny

są to antybiotyki polipeptydowe, które w większości przypadków stosowane są jako dodatki do pasz w celu ich stabilizacji (przedłużenia trwałości).

Enzymy:

• Amylaza penicylinowa

• α - amylaza

a) bakterie z rodzaju Bacillus maja wysokie pH działania, może być stosowana w technologii ziemniaka

b) rodz. grzybów strzępkowych maja niskie pH działania zastosowanie w przemyśle owocowym

α - amylazy bakteryjne są zwykle bardzo termostabilne w porównaniu z amylazami grzybowymi

• β - amylaza

• izoamylaza

• α - glukanaza

• β - glukanaza

• β - galaktozydaza

• izomeraz glukozowa

• penicylinoza

• proteolityczne: proteza aliczna, proteza obojętna

• pullinaza

• termolizyna - służy do produkcji aspartanu (słodzika)

Bacillus różni się od Clostridium stosunkiem do tlenu. Szczepy rodziny Bacillus należą do tlenowców jednak mogą rozwijać się w stosunkowo szerokim zakresie pH, wiele z gatunków należących do tego rodzaju, nie ma kompletnego cyklu Krebsa w zależności od poziomu natlenienia, intensywny lub ograniczony jest to etap tworzenia przetrwalników i wydzielania metabolitów.

Przedmiotem dużego zainteresowania biotechnologów są bakterie z rodzaju Clostridium, należące do gr beztlenowców, co powoduje że wiele metabolitów może być uzyskanych w warunkach deficytu tlenu. Tlen stanowi zwykle najdroższą pożywkę w procesach biosyntezy. Szczepy Clostridium wydzielają poza komórki enzymy hydrolizujące skrobię, celulozę, pektyny, białka.

Cechą wyróżniającą jest to że te szczepy z rodzaju Clostridium fermentują zarówno heksozy jak i pentozy.

Wytwarzają stosunkowo duże ilości alkoholu (etanol, butanol) oraz kwasów organicznych i ketonów.

Wśród bakterii Clostridium jest wiele gatunków termofilnych co stwarza szanse uzyskania z udziałem tych szczepów enzymów o wysokiej termostabilności.

1

glukoza

COO^-

C - O - P

CH₂

PEP

(2) CO₂ COPEP

szczawiooctan

pirogronian

(3)

AcetyloCoA

CO₂

propionyloCoA

metylomalonyloCoA szczawiooctan

CO₂

(1)

malanyloCoA

Szlak poliketydowy * propionyloCoA

polieny

---