Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Wyklad 2

1,273 views

Published on

  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Wyklad 2

  1. 1. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Komórka i jej składniki 1
  2. 2. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Najważniejsze rodzaje komórek stosowanych w biotechnologii przemysłowej Komórki prokariotyczne: 1. Bakterie gramdodatnie i gramujemne producenci kwasów, alkoholi, aminokwasów, białek - w tym promieniowce producenci antybiotyków Komórki eukariotyczne 2. Grzyby drożdże producenci etanolu i białek grzyby pleśniowe producenci białek i antybiotyków, i niektórych związków prostych 3. Komórki zwierzęce - komórki owadzie, CHO, BHK producenci białek
  3. 3. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Komórki bakteryjne Morfologia komórek bakteryjnych
  4. 4. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Prokariotyczna komórka bakteryjna
  5. 5. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Skład i funkcja biologiczna elementów komórki prokariotycznejSkładnik Skład molekularny Funkcja biologiczna Ściana komórkowa, Polisacharydy usieciowane Ochrona przed stresem wici i rzęski peptydami, otoczone osmotycznym i mechanicznym, lipopolisacharydami Ruch (wici), adhezja i koniugacja (rzęski) Błona komórkowa, Biwarstwa lipidowo (40%) Selektywnie przepuszczalna bariera mezosom -białkowa (60%); mezosom umożliwiająca transport składników to wpuklenie błony pokarmowych i metabolitów Obszar jądrowy Zawiera chromatynę Genom. Miejsce przechowywania -kompleks DNA i białek i powielania informacji genetycznej histonowych Rybosomy Kompleksy RNA (65%) Miejsce biosyntezy białek i białek (35%) Cytoplazma Małe cząsteczki, białka Miejsce zachodzenia większości rozpuszczalne, enzymy, reakcji metabolicznych sole nieorganiczne
  6. 6. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna Przedmiot: TECHNOLOGIA CHEMICZNA Komórki bakteryjne są otoczone ścianą komórkową Uproszczone struktury osłon zewnętrznych komórek bakteryjnych
  7. 7. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Bakteryjna ściana komórkowa i jej biosynteza to miejsca działania ważnych antybiotyków Antybiotyki beta-laktamowe Wankomycyna Peptydoglikan Liza komórki bakteryjnej
  8. 8. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Promieniowce (Actinomycetales)
  9. 9. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Eukariotyczna komórka zwierzęca
  10. 10. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Eukariotyczna komórka roślinna
  11. 11. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Skład i funkcja biologiczna organeli komórki eukariotycznejOrganela Skład molekularny Funkcja biologiczna Błona komórkowa Biwarstwa lipidowo (50%) Selektywna bariera transportowa; -białkowa (50%); komunikacja międzykomórkowa Jądro Zawiera chromatynę -kompleks DNA Miejsce przechowywania i powielania i białek histonowych + RNA informacji genetycznej i transkrypcji Siateczka środplazmatyczna Zespoły błon lipidowo-białkowych Miejsce biosyntezy białek z rybosomami + rybosomy Miejsce wydzielania „odpadów” Aparat Golgiego j.w. + polisacharydy komórkowych i obróbki białek Mitochondria Otoczone podwójną błoną, Miejsce części reakcji katabolicznych zawierają enzymy, DNA i RNA i syntezy ATP Lizosomy (zwierzęta) Pęcherzyki zawierające enzymy Metabolizm materiałów pobranych hydrolityczne na drodze endocytozy Peroksysomy (zw.) Pęcherzyki zawierające katalazę Miejsce reakcji katabolicznych, lub glioksysomy (rośliny) i inne enzymy utleniające w których powstaje H2O2 Chloroplasty (rośliny) Otoczone podwójną błoną, Miejsce fotosyntezy zawierają białka, lipidy, chlorofil, RNA, DNA i rybosomy Cytoplazma Małe cząsteczki, białka Miejsce zachodzenia większości rozpuszczalne, enzymy, reakcji metabolicznych oraz struktura sole nieorganiczne, cytoskeleton nadająca kształt komórce
  12. 12. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Jądro komórkowe Obraz komórek HeLa z jądrami komórkowymi zaznaczonymi barwnikiem Hoechst
  13. 13. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Mitochondrium Obraz w mikroskopie elektronowym mitochondriów komórek pęcherzyków płucnych
  14. 14. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Siateczka śródplazmatyczna – retikulum endoplazmatyczne Obraz w mikroskopie elektronowym 1- jądro; 2 – por jądrowy; retikulum endoplazmatycznego 3 – szorstkie RE; 4 – gładkie RE; 5 – rybosom; 6 – białko transportowane w RE; 7 – pęcherzyk transportowy; 8 – aparat Golgiego (AG); 9 – strona cis AG; 10 – strona trans AG; 11 – cysterna AG
  15. 15. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Rybosomy Rybosomy prokariotyczne: 30S + 50S → 70S Rybosomy eukariotyczne: 40S + 60S → 80S Wizualizacja struktury rybosomu Katalityczny rdzeń rybosomu zbudowany jestrybosomu Struktura z rRNA
  16. 16. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Grzyby w biotechnologii Grzyby są organizmami heterotroficznymi – pasożyty lub saprofity Przykłady ról grzybów w środowisku: - dekompozycja martwej tkanki biologicznej (np. degradacja składników drewna) - czynniki chorobotwórcze – rośliny (ponad 5 000 chorób), zwierzęta - Mycorrhizae – symbioza z korzeniami roślin W biotechnologii - procesy fermentacyjne, wytwarzanie antybiotyków producenci białek terapeutycznych
  17. 17. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Drożdże Obraz komórek drożdży w skaningowym Budowa komórki drożdżowej mikroskopie elektronowym Morfologia drożdży
  18. 18. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA chityna mannoproteiny Struktura grzybowej ściany komórkowej
  19. 19. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna Przedmiot: TECHNOLOGIA CHEMICZNA GRZYBY Zygomycetes – grzyby pleśniowe, sprzężniaki Grzybnia zbudowana z niepodzielnego mycelium. Rozmnażanie płciowe poprzez zarodniki zwane zygosporami lub bezpłciowe poprzez spory w sporangium. Mucor racemous Aspergillus fumigatus Ascomycetes – workowce Grzyby jednokomórkowe lub tworzące grzybnię w postaci podzielnych strzępek. Rozmnażanie płciowe poprzez askospory lub bezpłciowe przez konidia. Do tej klasy należą m.in. Neurospra, Penicillium. Penicillium chrysogenum
  20. 20. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna Przedmiot: Podstawy Biotechnologii TECHNOLOGIA CHEMICZNA Basidomycetes – podstawczaki Grzyby jednokomórkowe lub rozgałęzione. Rozmnażanie płciowe poprzez basidospory lub bezpłciowe poprzez konidia. Do tej klasy należą grzyby kapeluszowe. Amanita phalloides Deuteromycetes – grzyby niedoskonałe Grzyby jednokomórkowe lub rozgałęzione. Cecha charakterystyczna – brak rozmnażania płciowego. Candida albicans
  21. 21. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Grzyby pleśniowe Aspergillus nidulans
  22. 22. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Grzyby - rozmnażanie
  23. 23. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Drobnoustroje jako biologiczne źródło nowych potencjalnych leków Drobnoustroje prokariotyczne i eukariotyczne wytwarzają olbrzymią ilość małocząsteczkowych metabolitów wtórnych, z których wiele wykazuje selektywną toksyczność wobec innych drobnoustrojów (antybiotyki przeciwdrobnoustrojowe), działanie przeciwnowotworowe (antybiotyki przeciwnowotworowe), ale także obniżające ciśnienie, hamujące biosyntezę cholesterolu, o działaniu przeciwbólowym, immunosupresyjnym i innym. - wyizolowano i opisano około 20 000 metabolitów wtórnych; - połowa z nich działa antybiotycznie lub cytostatycznie - zastosowanie medyczne – około 150 Potencjalne dalsze możliwości: - z 40 000 gatunków bakterii poznano około 5 000 - z 1,5 mln gatunków grzybów poznano około 70 000 - bardzo słabo poznane: drobnoustroje morskie, ekstremofilne
  24. 24. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Biofarmaceutyki białkowe Systemy ekspresyjne: Komórki ludzkie – gen zmodyfikowany w obszarze promotora CHO – Chinese hamster ovary (komórki jajnika chomika chińskiego) BHK – baby hamster kidney (komórki nerki chomika) Komórki owadzie, gen włączony w genom baculowirusa Autographa californica Drożdże – S. cerevisiae, Pichia pastoris Bakterie – E. coli, Bacillus spp. Transgeniczne rośliny i zwierzęta
  25. 25. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA The purpose of micro-organism is.... ...to make another micro-organism Cel procesu biotechnologicznego: 1) jak najwięcej komórek drobnoustrojów w jak najkrótszym czasie... lub 2) jak najwięcej pożądanego produktu Przypadek 2) sprzeczny z życiowym celem drobnoustroju
  26. 26. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Metabolizm = anabolizm + katabolizm Procesy anaboliczne – endoergiczne i redukcyjne Procesy kataboliczne – egzoergiczne i utleniające
  27. 27. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Bilans masowy utleniania glukozy w warunkach tlenowych i beztlenowych
  28. 28. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Metabolizm kluczowe cząsteczkiA + B + ATP → AB + ADP + PiA + B + ATP → AB + AMP + PPiA + ATP → A-P + ADP
  29. 29. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Etapy katabolizmu
  30. 30. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Katabolizm Główne szlaki kataboliczne jako źródła prekursorów dla biosyntezy składników biomakromolekuł
  31. 31. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA W warunkach beztlenowych w mięśniu pirogronian jest przekształcany w mleczan Obecność dodatkowej reakcji umożliwia regenerację NAD+ Cykl Corich Mleczan powstający w pracującym mięśniu ulega w wątrobie przekształceniu w glukozę
  32. 32. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Przekształcenie pirogronianu w etanol w komórkach drożdży w warunkach fermentacji alkoholowej
  33. 33. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Produkty metabolizmu beztlenowego w różnych drobnoustrojach Reakcje prowadzące do odtworzenia NADH są zaznaczone jako R
  34. 34. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Regulacja metabolizmu drobnoustrojów Zasady podstawowe 1. Równowaga pomiędzy procesami wytwarzającymi i zużywającymi metabolity pośrednie 2. Energetyczne sprzężenie metabolizmu – bilansowanie zysku reakcji katabolicznych z sumą potrzeb energetycznych komórki
  35. 35. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Etapy ekspresji genu
  36. 36. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Regulacja ekspresji genu przez białka regulatorowe
  37. 37. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Główne mechanizmy regulacji transkrypcji genów kodujących enzymy metabolizmu podstawowego Katabolizm: indukcja substratowa Substrat lub jego metabolit działa jako induktor lub efektor pozytywny aktywatora. Regulacja dotyczy szlaku katabolizmu danego substratu -represja kataboliczna Łatwiej przyswajalne źródło węgla lub efektor syntezowany w komórce w jego obecności działa jako korepresor lub efektor negatywny aktywatora. Regulacja dotyczy szlaku katabolizmu trudniej przyswajalnego źródła węgla -represja azotowa j.w., ale dotyczy szlaku przyswajania źródła azotu. Dotyczy także białek transportowych Anabolizm: - represja końcowym produktem szlaku końcowy produkt szlaku działa jako korepresor lub efektor negatywny aktywatora. Dotyczy szlaku biosyntezy -atenuacja mechanizm specyficzny dla drobnoustrojów prokariotycznych
  38. 38. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Diauksja – dwufazowość wzrostu drobnoustrojów w obecności dwóch źródeł węgla Produkcja penicyliny przez Penicillum chrysogenum
  39. 39. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Inne mechanizmy regulacji metabolizmu podstawowego Regulacja aktywności enzymów 1. Enzymy regulatorowe – regulacja allosteryczna 2. Kowalencyjna modyfikacja enzymów 3. Kompleksy wieloenzymowe Regulacja transportu metabolitów 1. Transport białek przez błony 2. Regulacja ilości i aktywności białek transportowych (permeaz)
  40. 40. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Grupy specyficznych produktów metabolizmu drobnoustrojów alkaloidy fenazyny pirydyny aminocukry flawonoidy pirole aminoglikozydy fosfoglikolipidy pirony aminokwasy ftalaldehydy poliacetyleny antocyjaniny glikozydy polieny ansamycyny hydroksyloaminy polietery antrachinony laktony polikwasy antracykliny makrolidy polipeptydy chinoliny naftochinony polisacharydy chinolinony nitryle salicylany chinony nukleozydy steroidy depsipeptydy peptydy tetracykliny
  41. 41. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Przemiany peryferyjne a przemiany centralne
  42. 42. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Idiolity są syntezowane w idiofazie
  43. 43. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Koncepcje wyjaśniające przyczyny biosyntezy idiolitów 1. Uzyskanie przewagi w danym środowisku 2. Przystosowanie się do zmieniających się warunków środowiska dzięki dodatkowym szlakom metabolicznym 3. Utrzymanie stanu równowagi ze otoczeniem, gdy normalny wzrost nie jest możliwy 4. Wynik rozregulowania metabolizmu. Nadprodukcja idiolitów rodzajem „wentyla” dla niezbilansowanych przemian 5. Obszar „wolnej gry” ewolucyjnej poza zakresem ścisłych reguł selekcji eliminujących zmiany niekorzystne dla organizmu. Niektóre z idiolitów znajdują w końcu zastosowanie w metabolizmie producenta
  44. 44. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Szlaki biosyntezy metabolitów wtórnych 1. Szlak poliketydowy 2. Polimeryzacja jednostek izoprenoidowych 3. Nierybosomalna synteza peptydów 4. Mieszana biosynteza poliketydów i peptydów 5. Biosynteza aminoglikozydów oraz amino- i peptydylonukleozydów Fazy biosyntezy metabolitów wtórnych 1. Biosynteza i aktywacja prekursorów 2. Oligomeryzacja 3. Modyfikacja 4. Kondensacja składników 5. Modyfikacje końcowe 6. Ukierunkowany eksport
  45. 45. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Szlak poliketydowy – biogeneza niektórych antybiotyków
  46. 46. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Regulacja biosyntezy idiolitów MECHANIZMY KONTROLI BIOSYNTEZY IDIOLITÓW - indukcja substratowa; - indukcja powodowana przez regulatory metaboliczne; - represja i hamowanie kataboliczne; - regulacja związkami azotu; - regulacja fosforanowa i energetyczna; - hamowanie w sprzężeniu zwrotnym – zarówno przez metabolity podstawowe jak i specyficzne; - regulacja z udziałem pierwiastków śladowych; - regulacja tlenowa; - regulacja innymi czynnikami, takimi jak temperatura lub pH
  47. 47. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Regulacja biosyntezy idiolitów Indukcja substratowa1. Biosynteza cefalosporyny C w C. acremonium – obecność w podłożu DL-cysteiny lub DL-norleucyny2. Biosynteza alkaloidów sporyszu przez grzyby Clavicepsis – DL-tryptofan Warunek – induktor dodawany w fazie wzrostu, a nie w fazie produkcji
  48. 48. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Regulacja biosyntezy idiolitów Regulacja fosforanowa Zasada ogólna – niskie stężenie fosforanu stymuluje biosyntezę idiolitów
  49. 49. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Inżynieria metaboliczna szczepów przemysłowych Producenci metabolitów pierwotnych: - wprowadzenie zmian umożliwiających nadprodukcję - maksymalizacja nadprodukcji - zmiany umożliwiające pozakomórkowe wydzielanie produktu Producenci metabolitów wtórnych: - maksymalizacja wydajności produktu - możliwość wytwarzania produktów innych niż naturalny
  50. 50. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Cechy szczepu wysokowydajnego maksymalna wydajność pożądanego produktu minimalizacja wytwarzania niepożądanych produktów ubocznych stabilność genetyczna odporność na zakażenia wirusowe
  51. 51. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Klasyczne metody otrzymywania i hodowli szczepów wysokowydajnych nieukierunkowane zmiany genetyczne - mutageneza wytwarzanie, fuzja i odnawianie protoplastów optymalizacja warunków wzrostu
  52. 52. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Mutanty szczególnie przydatne dla otrzymywania wysokowydajnych producentów metabolitów pierwotnych MUTANTY AUKSOTROFICZNE (ŻYWIENIOWE) Komórki pozbawione aktywności co najmniej jednego enzymu katalizującego reakcję szlaku biosyntetycznego MUTANTY REGULATOROWE -mutacja w genie regulatorowym lub w obszarze promotorowym powodująca stałą derepresję biosyntezy; -mutacja w genie strukturalnym, w efekcie której produkt genu ma niezmienioną aktywność katalityczną, ale traci wrażliwość na działanie inhibitora allosterycznego
  53. 53. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Cel – uzyskanie nadprodukcji związku G Możliwość osiągnięcia celu: Mutant auksotroficzny wobec związku F
  54. 54. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Biosynteza kwasu cytrynowego Cykl Krebsa
  55. 55. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Nadprodukcja kwasu cytrynowego w Aspergillus niger Aktywność fosfofruktokinazy I, kluczowego enzymu regulatorowego glikolizy jest hamowana przez ATP i cytrynian Efekt Pasteura U drobnoustrojów względnie anaerobowych, wydajność biomasy jest dużo większa w obecności tlenu, który hamuje fermentację alkoholową. Mechanizm: hamowanie glikolizy przez ATP i cytrynian Efekt Crabtree W hodowlach tlenowych następuje częściowe hamowanie oddychania przy bardzo dużych stężeniach glukozy
  56. 56. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Nadprodukcja kwasu cytrynowego w Aspergillus niger Droga alternatywna funkcjonuje w warunkach niskiego stężenia fosforanów I silnego napowietrzania
  57. 57. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznychPrzedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Jakie warunki należy spełnić, aby możliwa była wysoko wydajna produkcja kwasu cytrynowego? 1. Wysoko wydajny szczep Aspergillus niger - obecność alternatywnego łańcucha oddechowego - mutant regulatorowy – PFK-I niewrażliwa na hamowanie przez cytrynian 2. Odpowiednie warunki hodowli - skład pożywki: wysokie stężenie cukru; niskie stężenie jonów Fe(II) i Mn(II; niskie pH, około 2); niskie stężenie fosforanów - bardzo intensywne napowietrzanie
  58. 58. Wykład 2 – Biologiczne podstawy procesów biotechnologicznych Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna TECHNOLOGIA CHEMICZNA Hybrydyzacja – fuzja protoplastówPrzykłady zastosowania:• Praktycznie wszystkie szczepy przemysłowe używane do produkcji antybiotyków w wiodących firmach farmaceutycznych są rekombinantami otrzymanymi w wyniku fuzji protoplastów;• Szczepy zawierające wiele kopii genów odpowiedzialnych za biosyntezę antybiotyku (np. Penicillium chrysogenum zaw. 20 zestawów genów kodujących wytwarzanie penicyliny G);• Fuzja protoplastów dwóch szczepów Cephalosporium acremonium wytwarzających cefalosporynę C: wysokowydajnego, ale wolno rosnącego i nie wytwarzającego spor oraz drugiego o cechach odwrotnych. Rekombinant posiadał kombinację cech korzystnych; wydajność o 40% lepsza niż wydajniejszy ze szczepów rodzicielskich.

×