imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima
TRANSCRIPT
![Page 1: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/1.jpg)
Damir Baranašić 5404/BT
Modul: Odabrana poglavlja zelene kemijeAk. god. 2008./2009.Koordinator modula: dr. sc. M. Jukić, doc.
![Page 2: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/2.jpg)
![Page 3: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/3.jpg)
1.1. Definicija
nanotehnologija� 1974. prvi put korištena riječ nanotehnologija (Norio
Taniguchi, Sveučilište u Tokiu)
� Sposobnost precizne izrade materijala u nanometarskojskali
� Današnja definicija: “Dizajniranje i proizvodnja
materijala, uređaja te kontroliranih sistema u
nanometarskim dimenzijama”
![Page 4: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/4.jpg)
1.2. Podjela nanotehnologije
![Page 5: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/5.jpg)
![Page 6: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/6.jpg)
![Page 7: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/7.jpg)
2.1. Karakteristike enzima kao biokatalizatora�Djelotvorni su katalizatori
�Razgradivi su
�Djeluju u blagim reakcijskim uvjetima
�Trebaju odgovarajuće reakcijske parametre
�Najveća aktivnost u vodi
�Podložni inhibiciji
![Page 8: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/8.jpg)
2.2. Selektivnost enzima
�Kemoselektivnost
�Regioselektivnost i dijastereoselektivnost
�Enantioselektivnost
![Page 9: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/9.jpg)
2.3. Prednosti i nedostaci izoliranih
enzima i čitavih stanica kao
biokatalizatoraIZOLIRANI ENZIMI ČITAVE STANICE
Prednosti Nedostaci Prednosti Nedostaci
Visoka koncentracija katalizatora
Ograničena stabilnost
Neograničena stabilnost
Nusreakcije
Nema energije održavanja
Ograničena reciklacijakofaktora (samo NADPH i ATP)
Reciklacijakofaktora uglavnom nepotrebna
Složeni radni postupak
Nema otpadne biomase
Potrebna obrada otpadaka
Nema nusreakcijaVišestupanjskiprocesi
Niska produktivnostJednostavan radni postupak
Enzimi iz različitih izvora
![Page 10: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/10.jpg)
2.4. Usporedba mikrobne, enzimske
i organo-kemijske tehnologije
PROCESNI
PARAMETRI
TEHNOLOGIJA
MIKROBNA ENZIMSKAORGANSKO-KEMIJSKA
Katalizator Žive stanice Enzim Metal
Specifičinostreakcije
Ponekad Često Često
Uvjeti procesa Umjereni UmjereniUmjereni do
ekstremni
Sterilnost Obavezna Obavezna Nepotrebna
Prinos (%) 10 - 95 70 - 99 70 – 99
Važna stavkaCijena vode za
hlađenjeCijena enzima Cijena katalizatora
Glavni problemRegulacija
aktivnosti stanicaStabilnost enzima Toksičnost okoline
![Page 11: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/11.jpg)
![Page 12: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/12.jpg)
3.1. Prednosti i mane imobiliziranih biokatalizatoraPrednosti:
� višestruka primjena�mogućnost kontinuiranog vođenja procesa�mogućnost zaustavljanja reakcije i jednostavnog
uklanjanja biokatalizatora iz reakcijske smjese� reakcijska smjesa se ne kontaminira
biokatalizatorom�mogućnost stabilizacije enzima imobilizacijom
![Page 13: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/13.jpg)
Mane:
� gubitak aktivnosti postupkom imobilizacije (pH, temperatura, kemijski postupak)
�mogućnost regeneracije koenzima ili izvora energije (ATP)
� u industriji se provode samo jednostavne reakcije kao što su hidroliza ili izomerizacija
� stupnjevite reakcije se provode samo s imobiliziranim stanicama
![Page 14: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/14.jpg)
3.2. MaterijaliPolupropusna silika (MPS)� SiO2
� dolazi u različitim oblicima i veličinama pora
� veličine pora mogu biti izrađene po mjeri, a površina može biti funkcionalizirana
![Page 15: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/15.jpg)
![Page 16: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/16.jpg)
FUNKCIONALIZACIJA POVRŠINE:
Uloga grupa prisutnih na površini MPS-a:
1.mjenja se naboj površine zbog interacije sa enzimom tako da enzim ostane adsorbiran na površini MPS-a
2.kemijski se vežu sa amino grupom na enzimu
3.smanjuju veličinu pora tako da enzim ne može izaći iz nanoprostora
![Page 17: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/17.jpg)
![Page 18: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/18.jpg)
3.3. Metode imobilizacije enzima na MPS
1. Fizička adsorpcija
2. Ionsko (elektrostatsko) privlačenje
3. Kovalentnim vezanjem
4. Metalnim afinitetom (His6 – tag enzimi)
5. Umrežavanjem
6. Single enzyme nanoparticles (SENs)
![Page 19: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/20.jpg)
Primjer kovalentnog vezanja enzima cikloadicijom na azidnu skupinu
Primjer metalno afinitetnog vezivanja
![Page 21: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/21.jpg)
3.4. Stabilizacija enzima imobilizacijomRAZLIČITE “RAZINE” STABILIZACIJE ENZIMA
IMOBILIZACIJOM:
1. Radna stabilizacija enzima imobilizacijom na porozni nosač
![Page 22: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/22.jpg)
2. Ukrućivanje enzima višestrukom kovalentnomimobilizacijom
![Page 23: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/23.jpg)
3. Stabilizacija oligomernih enzima imobilizacijom više podjedinica
![Page 24: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/24.jpg)
3.5. Smanjenje inhibicije imobilizacijskim postupcima1. Isključivanje inhibitora iz enzimskog
okruženja
2. Smanjenje afeniteta inhibitora za mjesto prepoznavanja na enzimu
![Page 25: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/25.jpg)
![Page 26: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/26.jpg)
Imobilizacija enzima u nanomaterijalima je tehnika koja se drži načela zelene kemije.
U našem je cilju i interesu da organsko-kemijsku sintezuupotpunosti zamjenimo biokataliktičkim procesima, iako to nikada nećemo moći učiniti.
Ukoliko to uspijemo živjeti ćemo u sigurnijem i zdravijem okolišu te ćemo također uštedjeti mnogo energije.
Za sada je imobilizacija enzima u nanomaterijalimatehnologija koja se još uvijek razvija, iako je već našla primjenu u industriji.
Kada bi uspjeli dovesti do toga da enzimski procesi budu ekonomski prihvatljiviji od organsko-kemijskih priroda će nam zahvaliti na slijedeći način...
![Page 27: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/27.jpg)
![Page 28: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/28.jpg)
![Page 29: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/29.jpg)
Popis literature:1.Chia-Hung Lee, Tien-Sung Lin,Chung-Yuan Mou; Mesoporousmaterials for encapsulating enzymes2. Cesar Mateo, Jose M. Palomo, Gloria
Fernandez-Lorente, Jose M. Guisan , Roberto Fernandez-Lafuente; Improvement of enzyme activity, stability and selectivity viaimmobilization techniques
![Page 30: Imobilizacija enzima na poluporoznim materijalima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012517/619181dc04828c09e6311f1b/html5/thumbnails/30.jpg)
B. Šantek; predavanja iz biokemijskog inženjerstvaJ. Vorkapić-Furač; predavanja iz biotransformacijahttp://www.eminent-microtechnology.net/grafik.gif
http://pages.unibas.ch/colbas/ntp/
N03RA05.pdf
http://genomicsgtl.energy.gov/benefits/
smsammsenzyme.jpghttp://www.azom.com/work/
Z47W2k4cflP8Clsc0lv9_files/image003.jpg