Biodegrad - PowerPoint PPT Presentation

About This Presentation
Title:

Biodegrad

Description:

Title: No Slide Title Author: MTA Last modified by: Kati Created Date: 2/18/2002 2:49:46 PM Document presentation format: On-screen Show Company: SZBK – PowerPoint PPT presentation

Number of Views:156
Avg rating:3.0/5.0
Slides: 36
Provided by: MTA103
Category:

less

Transcript and Presenter's Notes

Title: Biodegrad


1
Biodegradációs, bioremediációs eljárások
bemutatása
II. RÉSZ
FEHÉRJE- és SZÉNHIDRÁTPOLIMEREK
2
Fehérjék és bontásuk
  • Fontosabb fehérjék
  • albuminok (szérumalbumin, ovalbumin,
    laktalbumin)
  • globulinok (szérumglobulin, fibrinogén,
    aktin, miozin)
  • prolaminok, glutelinek (gliadin)
  • hisztonok, protaminok
  • szkleroproteinek (fibroin, kollagén,
    keratin)
  • összetett fehérjék foszfo-, kromo-,
    gliko-, lipo-, nukleoproteinek

3
Fehérje, mint hulladék
  • Élelmiszer ipar fejlodésének eredményeként
  • Nem toxikus, de magas szervesanyag tartalma miatt
    veszélyes hulladéknak minosül
  • Ált. nem hosszútávú probléma, kivétel vízben nem
    oldódó polimer formái, foleg keratin
  • Naponta nagy mennyiségben keletk. Keratin alapú
    hulladék (toll, szor)
  • Kémiai megsemmisítés savas hidrolizis
  • Biológiai megsemmisítés keratináz enzimmel
  • Potenciális szerves tápanyag (biomassza)
    takarmányokba, fermentációs alapanyagként érdemes
    hasznosítani

4
Toll, szor
  • A testsúly 5-7-át is eléro mennyiségben
    jelenlévo, védo funkciót ellátó képletek
  • szerkezetüknek stabilnak, ellenállónak kell
    lennie
  • Biotechnológiai szempontból érdekesek és
    fontosak, mivel potenciális tápanyagok, hiszen
    fehérje polimerek - keratin -, így aminosavak
    építik fel
  • Hátrányuk, hogy nehezen emészthetok, valamint
    minimális mennyiségben van jelen bennük néhány
    esszenciális aminosav pl. metionin, lizin,
    hisztidin és triptofán
  • Az aminosav összetétel változik az állat korával

5
Keratin szerkezeti felépítése
Vízben oldhatatlan fehérje, ellenálló a legtöbb
proteo-litikus (keratinolitikus) enzim
aktivitással szemben
  • A kiemelkedo haj/szor rostok a kortikális
    sejtekbol állnak, melyeket a kb. 10 nm-es keratin
    filamentek és az azokhoz kapcsolódó mátrix tölt
    ki.
  • A keratint felépíto fehérjék csoportosítása
  • glicin-tirozin gazdag fehérjék (foleg a
    filamentek közötti mátrixban)
  • alacsony kéntartalmú fehérjék (filamenteket
    alkotják)
  • magas kéntartalmú fehérjék (mátrixban)

A fehérjékbol felépülo filamentumok között, a
nagyszámú cisztein aminosavaknak köszönhetoen
kénhidak jönnek létre. A polipeptidek között
kialakuló hidrogén kötések és hidrofób
kölcsönhatások, valamint a szupercsavart
szerkezet stabilitása felelos a nagyfokú
rezisztanciáért.
6


7
KERATIN BONTÁSA MIKROORGANIZMUSOKKAL
  • A mikrobiális lebontó folyamat lassú a
    természetben
  • A nagy kéntartalom következtében csak kevés
    mikroorganizmus képes a keratin alapú
    hulladékokat hasznosítani dermatofita gombák
    képesek szén- és nitrogénforrásként hasznosítani.
    Azóta számos mikroorganizmust azonosítottak,
    melyek hasznosítják a keratint szaprofita- ill.
    parazita gombák, sugárgombák, baktériumok
  • Az iparban nagy mennyiségben keletkezo keratin
    alapú hulladék gyors eltávolítására van
    szükség
  • A fehérjék egyik leggyakoribb, és legfontosabb
    enzimatikus módosítása a peptidkötések
    proteolitikus hasítása

PROTEÁZOK
8
Poliszaharidok
9
Általános jellemzésük
  • Poliszaharidok vagy glükánok sok monoszaharid
    egységbol felépülo óriás molekulák
  • Vízben nem oldódnak, vagy ha igen oldatuk kolloid
    tulajdonságokat mutat
  • A legelterjedtebb természetes eredetu
    szénvegyületek
  • Állatok, növények, mikroorganizmusok sejtjeiben
    különféle szerkezetu poliszaharidok, funkciójuk
    szerint váz-, tartaléktápanyag szénhidrátok

10
Keményíto
A keményíto poliszaharid növényi
tápanyagraktár felépítése D-glükóz - a(1 4)
kötés - lineáris homopolimer (amilóz) és
- elágazó homopolimer (amilopektin)
keverék - hidrogénkötések erosítik a
polimert - Az amilopektin elágazásainak mértéke
és az amilóz amilopektin arány a
keményíto korától és származásától
függ vízben oldódva kolloidális oldatot képez, s
így enzimatikusan bontható Ipari alkalmazás
élelmiszer- és szeszipar (fruktóz-, glükóz ill.
alkohol gyártás) Keményítot hasító enzimek
a-amiláz, glükoamiláz, glükóz izomeráz

11
Amilázok
  • a-amiláz (a-1,4-D-glükán-glükonohidroláz)
  • Endoenzim, véletlenszeruen hasítja a polimert,
    oligoszaharidok keletk., a hosszabb láncokat
    könnyebben bontja
  • extracellulárisan fejti ki hatását, termék
    gátlás (glükóz)
  • Ca igény
  • Hasznosítása alkohol termelés, keményíto bontás
  • Termelo fajok Aspergillus niger, Bacillus
    subtilis, B. licheniformis, de megtalálható a
    nyálban, hasnyálmirigy is termeli, növényekben
    is
  • A kül. eredetu enzimek sok tul-ban hasonlóak, de
    el is térnek egymástól (pH, hom. opt)
  • b-amiláz
  • nem redukáló láncvégekrol hasít le maltózt
  • Stabilabb, nincs Ca igénye
  • Egyes Streptomyces, Pseudomonas fajokban,
    növényekben
  • Glükoamiláz
  • elágazásoknál hasít, de mindhárom féle hasítrásra
    képes
  • Termelo fajok Aspergillus niger
  • Pullulanáz (izoamiláz)
  • amilopektin elágazódásainál, az a-1,6-kötéseit
    hasítja
  • Termelo fajok Pullularia pullulans

12
A keményíto szerkezete, és enzimatikus hasítása
a-amiláz eloször oligoszaharidokra bontja
(dextrinek) b-amiláz a láncvégi nem redukáló
csoportoknál hasít le maltóz molekulákat
13
A fruktóz és alkohol ipari eloállítása
keményítobol
  • Orölt gabona keményítojét goz és
    nyomássegítségével gélesítik
  • Lehutik 50-60C-ra és a-amilázt adnak hozzá,mely
    az a-1,4-kötéseket elhasítja rövidebb
    poliszaharid szálak
  • Glükóz felszabadítása glükoamiláz
    enzimmel végtermék glükóz
  • Glükóz izomeráz hozzáadásával fruktóztállíthatunk
    elo
  • Éleszto sejtek hozzáadásával a glükózból
    alkoholfermentálható
  • a-amilázt foleg Bacillus-ok termelik,
    extracelluláris
  • Glükoamiláz termelo pl. Aspergillus niger

14
Ciklodextrinek
  • A keményíto amilóz komponensébol képezheto gyurus
    oligoszaharidok (B. macerans glükozil
    transzferáz)
  • Szerkezetüknek köszönhetoen molekuláris
    csomagolóanyagként hasznosíthatók
    gyógyszeripar-, de mezogazdaság-,
    élelmiszeriparban is
  • Biodegradáció szempontjából a jelentosége az,
    hogy bizonyos anyagok hozzáférhetoségét javítja,
    nehezen oldódó vegyületeket kolloidális állapotba
    juttatva bonthatókká válhatnak

15
Glikogén
  • Emberi, állati eredetu tartalék tápanyag
  • Szerkezete hasonló a keményítohöz
  • Biodegradációs szempontból szerepe élettanilag
    nagy, de hasznosítás, ipari alkalmazás
    szempontjából nem jelentos

Dextránok
  • Jellegzetes baktérium eredetu un. tokanyag
    poliszaharidok
  • Szerkezetére a D-glükóz részek a(1 6) kötése
    jellemzo, néhol láncelágazódást is megfigyeltek
  • Mesterségesen térhálósított alakja a Sephadex
  • Biodegradáció szempontjából nem jelentosek

16
Glikolipidek (lipopoliszaharidok), glikoproteinek
  • Sejteket határoló membránokban
  • Jelentoségük a biodegradációs eljárásokban
    jelentos lehet, mint felületaktív anyagok
  • Néhány mikroorganizmus képes az extracelluláris
    terébe kijuttatni e molekulákat, melyek a vízben
    nem, vagy rosszul oldódó anyagokkal micellákat
    képezve a szerves tápanyagokat hozzáférhetové
    teszik a mikroorganizmusok számára

17
Cellulóz
  • a legelterjedtebb polimer molekula a bioszférában
    (a növények sz.súlyának 30-35-a)
  • hosszú lánca D-glükóz molekulák ß-1,4-es
    kapcsolatából épül fel
  • a cellulózban a glükóz láncok úgy helyezkednek
    el, hogy egy kristályszeru szerkezetet tudnak
    létrehozni, ami vízhatlan
  • oldhatatlan, és ellenáll a hidrolízisnek
  • a növényekben támasztó-szerkezeti molekula
    (lignocellulóz)
  • a legegyszerubb komponens a lignocellulózban
  • Hidrogén hidak is kialakulnak

18
Cellulóz
  • Hasznos szénforrás, ezért iparilag hasznosítani
    kellene
  • Elso lépés ki kell hámozni a lignin-hemicellulóz
    takaróból,ezek után jöhetnek a cellulázok -
    endoglükanáz - exoglükanáz -
    cellobiohidroláz - ß-glükozidáz, v. cellobiáz
  • Biogáz, bioetanol elloállításban egyre nagyobb
    szerep!

19
cellulázok
  • Enzimrendszer endo-, exocellulázok,
    b-glükozidázok
  • Extracelluláris, ill. sejtek felszínén
  • Termelo fajok Trichoderma, Aspergillus,
    Penicillium, Clostridium, Cellulomonas fajok
  • Endocelluláz random hasít oligomerekre
  • Exocelluláz láncvégrol dimereket cellobióz-
    hasít
  • b-glükozidáz cellobiózt kettéhasítja glükózokra

20
Cellulóz és hasító enzimei
21
Cellulóz bontó mikroorganizmusok
  • Széles körben elterjedt e képesség a baktériumok
    és eukarióta gombák körében
  • 1970-es évek olajválság megújuló
    energiaforrások kutatása (cellulózból etanol és
    más hasznos vegyület eloállítása)
  • Pl. Trichoderma gombák - egyedi enzimek dolgoznak
    egymással szinergizmusban (aeroboknál általában
    igaz) - Trichoderma reesei
  • termofil Clostridiumok (Gram pozitív, obligát
    anaerob bakt.) -C. thermocellum, C.
    cellulolyticus
  • Kevés kivétellel az anaerob bakt. un.
    policelluloszóma organellunokba szervezik
    celluláz enzimeiket

22
Celluloszóma
  • sok van a sejt felszínén és extracellulárisan is
  • nagy molekula, kb. 2000 kDa, extracellulárisan
    rakódik össze
  • extracelluláris szupramolekuláris komplex, ami
    hatékonyan bontja a cellulózt és más
    sejtfalkomponenseket (glikozidos kötéseket)
  • nagy celluláz-aktivitás
  • az enzimösszetételt valószínuleg a szubsztrát is
    befolyásolja
  • a csapatmunka hatásosabb kevesebb enzim elég
    ugyanannyi kristályos cellulóz szolubilizálásához
    (szinergizmus), míg a szabad enzimek könnyebben
    eldiffundálhatnak
  • a C. thermocellum (celluloszóma) hatékonyabb a
    Trichoderma reeseinél (egyedi enzimek)
  • mesterséges celluloszómák mesterséges polimerek
    lebontása (nejlon, poliészter, muanyagok),
    válogatott enzimek meghatározott helyre beépítve

23
(No Transcript)
24
Nem celluloszómás cellulázok
  • A termelo fajok gyakran több hasonló funkciójú
    cellulázt termelnek, melyek specifitása némileg
    eltér (a polimert más-más helyen hasítják)
  • Pl. T. reesei két exoglükanáz, 5
    endoglükanáz.Cellulomonas sp. 6 endoglükanáz
  • Ezek az enzimek rendelkeznek cellulóz köto
    doménnel
  • Thermobifida fusca faj érdekessége, hogy van egy
    olyan glükanáza, mely endo-, és exo aktivitással
    is bír

25
Hasznosítás
  • Papírgyártás, biogáz, bioetanol eloállítás
  • Növényi eredetu hulladék nagy mennyiségben
    keletk. a növények feldolgozása során
  • Nem tisztán cellulóz, hanem lignocellulóz
    formájában A lignin, hemicellulóz, cellulóz
    polimerek különbözo kombinációja (növények
    szerkezeti felépítésében alapveto)

26
Lignocellulóz alkotó komponensei
  • Lignin
  • 3D, globuláris, szabálytalan, nem oldható, nagy
    molek.s. polimer
  • fenilpropán alegységek- különbözo kémiai
    kötésekkel kapcs.
  • kémiai kötésekkel kapcsolódik a hemicellulózhoz
    is, és a cellulóz szálakat beburkolja
  • felelos a növény rigiditásáért, a mechanikai
    behatásokkal és mikroorganizmus támadásokkal
    szembeni ellenállóképességért
  • Hemicellulózok
  • rövid láncú, heterogén polimerek - hexózokat (pl.
    glükóz, mannóz, galaktóz), pentózokat (xilóz,
    arabinóz) tartalmaznak
  • három fo csoport a, xilánok b,
    mannánok c, arabinogalaktánok

27
Reprezentatív lignin szerkezet
  • a fenilpropán egységek
  • kapcsolódása nem szervezett,
  • nem ismétlodo

28
Reprezentatív xilán szerkezet, és hasító enzimei
Xilán az egyik leggyakoribb poliszaharid a
term-ben, a cellulóz és lignin szálak között
kovalens ill. hidrogén kötésekkel
kapcs. Papíripar számára hátrány
29
Etanol eloállítás lignocellulózból
30
Kitin
  • Rovarok, rákok-ban váz poliszaharid, megtalálható
    gomba sejtfalban
  • Vízben, híg savban, lúgban nem oldódik
  • Tömény savval is csak nehezen hidrolizálható
    melegítéssel N-acetil-glükózamin, majd ecetsav
    és D-glükóz keletkezik
  • Felépítése N-acetil-D-glükózamin részek
    b-glikozid (1-4) kötéssel kapcsolódnak
  • Enzimes hasítása kitinázzal, mely egyes
    baktériumokban, gombákban, néhány növényben
    fordul elo
  • Derivátja a kitozán

Kitin szerkezeti részlet
31
Pektinek
  • Növényekben, foleg gyümölcsökben (citrus félék,
    alma, szeder, ribizli ben sok), savas karakteru
  • Legjellemzobb a poligalakturonsav elofordulása,
    melyben a D-galakturonsav részek a(1 4)
    kötéssel kapcsolódnak, ezt a kötést pektináz
    enzimmel lehet hasítani
  • Minor komponensként rhamnóz elofordul a(1 2)
    kötéssel, valamint neutrális cukrok, pl.
    arabinóz, galaktóz, xilóz, a galaktironsav
    metilált lehet
  • Iparban gélesíto ágens (pl dzsem készítéshez)
  • Pektináz jelentosége élelmiszeripari
    hasznosítás (gyümölcslé)

Sejtfal szerkezet
32
(No Transcript)
33
Pektin gélesedése Ca ionok hatására
Poligalakturonát
34
Lipidek
  • Elterjedtek növényekben a magvak súlyának akár
    50-a, állatvilágban pl. méhek viasz termelése,
    tengeri élolények túléléshez fontos a zsiradék
  • Lúgokkal kezelhetjük, de biológiai bontása
    enzimatikusan észterázok, lipázok
  • Bontás eredménye glicerin és zsírsav
  • Hulladékként a szennyvizek elvezeto csatornáiban
    komoly gondot okoznak, eltömodések, ill. gátolják
    az oxigén transzfert
  • Biodegradációt gátolja, hogy nem oldódnak vízben,
    így biohozzáférés korlátozott
  • Biodegr elosegítése pl. felületaktíva. v.
    oldószer adagolás

35
Észterázok, lipázok
  • Észterkötések hidrolizise glicerinészterekbol
    zsírsav és glicerid
  • Extracelluláris, ált. gyengén lúgos környezetben,
    Ca ionok pozitív hatás (zsírsavak Ca sóként
    kicsapódnak, nincs termékgátlás)
  • Indukálhatóak, az enzim termelésre a N forrás is
    hatással van
  • 3 féle mikrobiális lipáz 1. nem specifikus, 2.
    régióspecifikus, 3. zsírsav specifikus lipázok
  • Hasznosítás gyógyászat, élelmiszeripar (pl.
    sajtgyártás), tisztítószerek, bioüzemanyagok
    (biodízel)
  • Termelo fajok Aspergillus, Penicillium,
    Rhizopus, egyes élesztogombák, és Pseudomonas,
    Bacillus, Lactobacillus, Micrococcus baktériumok,
    emlos hasnyálmirigy, máj, magvakban
Write a Comment
User Comments (0)
About PowerShow.com