Fermentering og stofskifte Enzymer og gensplejsning

Transkript

1 Figurer Bioteknologi 2 Tema 3 Tema 4 Fermentering og stofskifte Enzymer og gensplejsning Bioteknologi 2 ISB: ucleus Forlag ApS Eksemplarfremstilling af papirkopier/prints fra denne hjemmeside til undervisningsbrug på uddannelsesinstitutioner og intern administrativ brug er tilladt med en aftale med opydan Tekst & ode. Eksemplarfremstillingen skal ske inden for de rammer der er nævnt i aftalen.

2 Mikroorganisme Produkttyper Bakterier: Lever enkeltvis, i kolonier eller i en bakteriefilm. ellerne er kugleformede (kokker), stavformede (baciller) eller skrueformede (spirochaeter) Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris Lactobacillus acidophilus Streptococcus diacetylactis Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus thermophilus Escherichia coli (gensplejset) Tykmælk, smør, ost Smør Yoghurt Enzymer, insulin Skimmelsvampe: Langstrakte celler danner hyfer som tilsammen danner et mycelium. Danner sporestande ( mug ) hvorfra sporerne spredes Penicillium roqueforti Penicillium camemberti Penicillium chrysogenum Aspergillus oryzae Aspergillus niger (evt. gensplejset) hizomucor pusillus (gensplejset) Gærsvampe: Lever enkeltvis eller i løse korte kæder (pseudomycelium) Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiae (gensplejset) Arter af andida Kluyveromyces marxianus Blåskimmeloste vidskimmeloste Antibiotika isvin, sojasauce, carboxylsyrer, proteiner Enzymer Enzymer Alkoholprodukter Insulin Proteintilskud til foder Kefir og andre mælkeprodukter Figur 2. Eksempler på mikroorganismer og fermenteringsprodukter. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

3 Kim Maltose Amylose Amylase 2 Frøhvide Frøhinde Frøskal Figur 5. Processer i bygfrøet under støbning. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

4 Antal levende celler () Fase I b = d Fase II b > d Fase III b = d Fase IV b < d Tid (t) Figur 6. Bakterievækstkurve. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

5 Antal levende celler () 2 0 Figur 7. Eksponentiel vækst. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB T 2 Tid (t)

6 Vækstrate (V) V 2 Q 10 = V 2 V 1 V 1 T T+10 Temperaturmaksimum Temperaturoptimum Temperatur ( ) Figur 9. Vækstens afhængighed af temperatur. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

7 Vækstrate (V) Termofile bakterier Mesofile bakterier Psykrofile bakterier Temperatur ( ) Figur 10. Mikroorganismernes inddeling efter temperaturoptimum. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

8 Vækstrate (V) Acidofile bakterier Gær eutrofile bakterier Basofile bakterier p Figur 11. Vækstens afhængighed af p hos forskellige mikroorganismer. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

9 Antal levende celler () øj koncentration Lav koncentration Tid (t) Figur 12. Vækstens afhængighed af næringsstofkoncentrationen. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

10 Antal levende celler () Uden tilsætning Inhibitor Giftstof Tilsætning Tid (t) Figur 13. Vækstens afhængighed af inhibitorer eller giftstoffer. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

11 Flowkontrol Syre-/basetank Motor p-kontrol Trykkontrol Luft Kølevand Kølekappe Temperaturkontrol æringssubstrat Inspektionsvindue mrøringsspader Kølevand Kontrol af lufttilførsel Figur 14. En bioreaktors virkemåde. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB Sterilfilter Luft øst

12 Filtrering Forbehandling Væsker Faste stoffer Kemisk fældning Ekstraktion med opløsningsmiddel Binding til kolonnemateriale Ekstraktion Filtreringi Affald Affald Affald Udvaskning af kolonne pløsning Yderligere oprensning og evt. udkrystallisering Færdige produkt Figur 16. Eksempler på downstreamprocesser. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

13 Føde Proteiner Fedt Elektrontransportkæde arbohydrater ucleotider Andre produkter Monosaccharider Aminosyrer Fedtsyrer Metabolitter itratcyklus 2 2 Glycolyse Gæring 2 elle Mitokondrie Anaboliske processer Kataboliske processer Figur 17. versigt over stofskiftet. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

14 Figur 18. ydrocarbonernes inddeling. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB Alkan Alken Alkyn ykloalkan Benzen Molekyle Ethan Ethen Ethyn yclohexan Benzen

15 Stofgruppe Funktionel gruppe pbygning Præfiks Suffiks arboxylsyrer arboxylsyregruppe arboxy- -syre Estere Estergruppe (oxocarbonyl) -syre( 2 )ester 1 2 Amider Amidogruppe arbamoyl- -amid Aldehyder (gruppen er Formyl- -al endestillet) xo- eller carbonylgruppe = Ketoner xo- -on (gruppen er sidestillet) Alkoholer ydroxygruppe - ydroxy- -ol Thioler Thiogruppe -S Sulfanyl- -thiol Aminer Aminogruppe - 2 Amino- -amin 2 Figur 19. De vigtigste funktionelle grupper. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

16 2 2 -syre Figur 20. Den højest prioriterede funktionelle gruppe. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

17 Butansyre Figur 21. Molekylets hovedkæde. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

18 Methan Ethan Propan Butan Pentan exan eptan ctan onan Decan Undecan Dodecan Figur 22. Alkanernes navne på baggrund af hovedkædens længde. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

19 ,4-diamino-4-oxobutansyre (aminosyren asparagin) Figur 23. ummerering af grupper. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

20 methyl-2-aminopentansyre (aminosyren isoleucin) Figur 24. Sidekædernes placering. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

21 2 α β γ 2 Figur 25. a-aminosyren asparagin. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

22 Atomgruppe Primær Sekundær Tertiær Alkohol Amin Figur 26. Primære, sekundære og tertiære alkoholer og aminer. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

23 Phenol Figur 27. Phenol. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

24 eaktionstype Beskrivelse Eksempler Substitution -A + B -B + A Et atom eller en atomgruppe erstattes med et andet atom eller atomgruppe verførsel af funktionelle grupper vha. coenzymer Addition = + A-B A B - - Et lille molekyle adderes til en dobbeltbinding hvorved den ene af bindingerne i dobbeltbindingen sprænges mdannelse mellem mættede og umættede fedtsyrer Elimination A B - - = + A-B Et lille molekyle ernes så der dannes en dobbeltbinding mdannelse mellem mættede og umættede fedtsyrer Decarboxylering Fraspaltning af 2 Fraspaltning af carboxylsyregrupper i respirationsprocesserne xidation / reduktion e - A ox + B red A red + B ox Atomer oxideres eller reduceres ved at der overføres elektroner imellem dem Mange delprocesser i respirationen hvor der sammen med elektronerne overføres eller Syre-basereaktion + S 1 + B 2 B 1 + S 2 verførsel af hydron fra en syre (S) til en base (B). Vand kan optræde som syre eller base Aminosyrers og carboxylsyrers reaktion med vand S B B S ydrolyse Spaltning af molekyle under optagelse af vand edbrydning af carbohydrater, protein og triglycerider Kondensation Sammenbinding ved fraspaltning af et mindre molekyle, fx vand eller phosphat pbygning af triglycerider Polykondensation n (n-1) 2 Sammenbinding af enheder i polymerer Syntese af polypeptider Figur 28. Vigtige organiske reakionstyper. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

25 a Amylaser / glucosidaser Glycosidbinding Polysaccharid Glucose b Lipaser / esteraser Esterbinding Triglycerid 1,2,3-propantriol Frie fedtsyrer c Proteaser / peptidaser Peptidbinding Protein Aminosyre Figur 29. ydrolyse af a. Kulhydrat, b. Triglycerid og c. Protein. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

26 a P - P - P Adenosin 3 phosphat Adenosintriphosphat (ATP) b 2 P i P i P i P i P i P i 2 A A espiration Enzym Energikrævende proces P i P i P i P i P i P i A A Figur 30. ATP. a. Kemisk struktur. b. Phosphorylering og dephosphorylering. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

27 4 e Elektrondonor Elektronacceptor Figur 31. edoxreaktion. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

28 Begreb eduktion xidation Elektrondonor eduktionsmiddel Elektronacceptor xidationsmiddel Forklaring ptagelse af elektroner Afgivelse af elektroner Atom som afgiver elektroner Atom som optager elektroner xidationstal (T) Tal for hvor mange elektroner et atom har optaget (-) eller afgivet (+) i forhold til et frit atom af det pågældende grundstof (T = 0) Figur 32. Vigtige redoxbegreber. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

29 T for : -IV -II 0 +II +IV Methan Methanol Methanal Methansyre arbondioxid educeret xideret Figur 33. xidation og reduktion af de oxygenholdige funktionelle grupper. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

30 T: 0 +I -II 0 +IV-II +I -II (ADP + P i ) ATP Figur 34. Elektronoverførsler ved respirationsprocessen. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

31 a 2 - AD P P e e - AD + AD + + b 3 FAD P P e e - 3 FAD FAD 2 Figur 35. AD + og FAD s struktur og reaktion med + og e -. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

32 Tema 3 T: 0 +I -II -III +I -I +I -II +I +IV-II (ADP + P i ) ATP Figur 36. Elektronoverførsler ved alkoholgæring. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

33 Glucose 2 AD + Glycolyse 2 AD ADP + 2 P i 2 ATP ADP + 2 P i 3 - Pyruvat 10 AD FAD 2 AD + 2 AD ATP itratcyklus 6 AD Elektrontransportkæde 28 ATP AD + 2 FAD 2 2 FAD Figur 38. espirationens delprocesser. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB ADP + 28 P i 6 2

34 Glucose 2 AD + Glycolyse 2 AD ATP 2 ADP + 2 P i 3-2 pyruvat Gæring ethanol 2 2 Figur 39. Ethanolgæringens delprocesser. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

35 Glykolyse Dihydroxyacetonephosphat Glyceraldehyd-3-phosphat Glycerat-1,3-diphosphat Glycerat-3-phosphat Glycerat-2-phosphat Enolpyruvat-2-phosphat Pyruvat 3-hydroxy-2-oxopropyl-phosphat Phosphorsyre(2-hydroxy-3-oxopropyl)ester Phosphorsyre(2-hydroxy-3-phosphat- 1-oxo-propyl)ester 2-hydroxy-3-phosphat-propanoat 3-hydroxy-2-phosphat-propanoat 2-phosphat-prop-2-enoat 2-oxopropanoat Gæring Lactat 2-hydroxypropanoat itratcyklus Acetyl Acetyl-oA itrat Isocitrat α-ketoglutarat Succinyl-oA Succinat Fumarat Malat xaloacetat Ethanoyl Ethanoyl-oA 2-hydroxypropan-1,2,3-tricarboxylat 1-hydroxypropan-1,2,3-tricarboxylat 2-oxopentandioat Butandioyl-oA Butandioat (E)-but-2-endioat 2-hydroxybutandioat 2-oxobutandioat Figur 40. Trivialnavne og systematiske navne på stofskiftets molekyler. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

36 Glucose-6-phosphat Glucose-6-phosphat Fructose-1-6-diphosphat Fructose-1-6-diphosphat Dihydroxyacetonephosphat Dihydroxyacetonephosphat 2 P i 2 P i Glucose Glucose P i P i 2 2 P i ATP ADP ATP ADP P i 2 2 P i P i ATP ADP ATP ADP Fructose-6-phosphat Fructose-6-phosphat P i P i P i P i Glyceraldehyd-3-phosphat Glyceraldehyd-3-phosphat 2 glycerat-3-phosphat 2 enolpyruvat-2-phosphat 2 P i P i P i 2 AD P i 2 ADP 2 ATP + 2 P i ADP 2 ATP AD + 2 P i 2 P i 2 glycerat-1,3-diphosphat 2 glycerat-2-phosphat 2 pyruvat P i Figur 41. Glycolyse. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

37 Proces Enzym Forklaring exokinase Phosphoglucoseisomerase Phosphofructokinase Aldolase Triosephosphatisomerase Glyceraldehyd-3- phosphatdehydrogenase Phosphoglyceratkinase Phosphoglyceratmutase Enolase Pyruvatkinase Glucose phosphoryleres Glucose-6-phosphat omdannes til fructose-6-phosphat. Fructose og glucose er isomere molekyler som har samme bruttoformel. Processen kaldes en isomerisering Fructose-6-phosphat phosphoryleres endnu engang Fructose-1,6-diphosphat spaltes til glyceraldehyd-3-phosphat(phosphorsyre (2-hydroxy-3-oxopropyl)ester) og dihydroxyacetonephosphat (3-hydroxy-2- oxopropyl-phosphat), to isomere 3 -forbindelser. Kun den ene, glyceraldehyd- 3-phosphat kan bruges i de efterfølgende processer Enzymet katalyserer omdannelsen mellem glyceraldehyd-3-phosphat og dihydroxyacetonephosphat. Da der forbruges glyceraldehyd-3-phosphat i de efterfølgende processer, vil mere dihydroxyacetonephosphat blive omdannet Glyceraldehyd-3-phosphat oxideres ved at der overføres e - og + til AD +. erved dannes der 2 AD, da der er to substratmolekyler for hver glucose der omdannes. Energifrigørelsen ved oxidationen bruger enzymet til at phosphorylere substratet vha. en phosphation Glycerat-1,3-diphosphat (phosphorsyre-(2-hydroxy-3-phosphat-1-oxopropyl) ester) dephosphoryleres og phosphat overføres til ADP. erved dannes 2 ATP Phosphat skifter placering på molekylet ved en isomerisering Der dannes en dobbeltbinding ved ernelse af vand. Det kaldes også en elimination eller en dehydrering. esultatet er at bindingen til phosphat bliver mere ustabil Phosphat overføres til ADP ved en dephosphorylering så der dannes endnu 2 ATP. eaktionens produkt er pyruvat (2-oxopropanoat) Figur 42. Glycolysens reaktioner. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

38 - + 2 AD + + AD Pyruvat Pyruvatdecarboxylase Ethanal Alkoholdehydrogenase Ethanol Figur 43. Ethanolgæring. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

39 - AD + + AD Pyruvat Lactatdehydrogenase 3 Lactat Figur 44. Lactatgæring. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

40 Ydre membran Intermembranrum Indre membran Matrix Enzymer i elektrontransportkæden Enzymer i citratcyklus Figur 45. Mitokondriets opbygning. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

41 2 S 3 3 P - P - P SoA 2 3 S 3 3 P - P - P Acetyl-oA Figur 46. SoA og acetyl-oa. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

42 AD + AD + + oa S oa Pyruvat Acetyl-oA Figur 47. mdannelse af pyruvat til acetyl (ethanoyl). Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

43 2 2 3 S oa 2 acetyl-oa 2 SoA malat 2 AD AD oxaloacetat citrat 2 2 isocitrat 2 2 AD AD fumarat 6 2 SoA FAD 2 2 FAD succinat 2 GTP 2 ADP 5 2 GDP 2 ATP 2 P i S oa AD AD succinyl-oa 2 α-ketoglutarat 2 2 Figur 48. itratcyklus. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

44 Proces Enzym Forklaring itratsyntase Aconitase Isocitratdehydrogenase α-ketoglutaratdehydrogenase Succinyl oa-syntetase Succinatdehydrogenase Fumarase Malatdehydrogenase xaloacetat (2-oxobutandioat) carboxyleres til citrat itrat (2-hydroxypropan-1,2,3-tricarboxylat) omlejres til sin isomere form isocitrat Isocitrat (1-hydroxypropan-1,2,3-tricarboxylat )oxideres, og de fraspaltede elektroner optages sammen med hydroner af AD + så der dannes AD + +. Desuden sker der en decarboxylering hvorved 2 fraspaltes. Produktet er α-ketoglutarat (2-oxopentandioat) som er en 5 -forbindelse α-ketoglutarat oxideres og decarboxyleres endnu engang. eaktionen svarer helt til decarboxyleringen af pyruvat. gså her bindes produktet, en succinyl-gruppe i en energirig binding til oa, så der dannes succinyl-oa (butandioyl-oa) Succinat (butandioat) spaltes fra succinyl-oa. Ved processen sættes phosphat på guanosindiphosphat, GDP, hvorved der dannes GTP. GTP overfører phosphat til ADP så der dannes ATP Succinat omdannes til fumarat ((E)-but-2-endioat). Det er en elimination da der fraspaltes -atomer og dannes en dobbeltbinding. eaktionen frigør ikke tilstrækkelig energi til at danne AD, men 2 overføres i stedet til FAD, som derved omdannes til FAD 2 2 adderes til fumarat så der dannes malat (2-hydroxybutandioat) Malat oxideres til oxaloacetat ved endnu en dehydrogenering. Elektroner og hydroner overføres til AD +, og AD og + overføres til elektrontransportkæden Figur 49. eaktionerne i citratcyklus. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

45 Lav p øj p Intermembranrum Kompleks I 4 + Indre mitokondriemembran e - UQ UQ 2 AD + + (fra glycolyse og citratcyklus) AD FAD 2 FAD e - UQ UQ 2 Matrix Kompleks II Kompleks III e yt bc red yt bc ox Kompleks IV e ½ 2 2 ATP-syntase 4 + ADP + P i 4 + ATP Figur 50. Elektrontransportkæden. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

46 3 3 Fe Figur 51. æmgruppens kemiske struktur. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

47 itratreduktion (denitrifikation): 0 +V +IV 0 - T: Sulfatreduktion (sulfatånding): 0 +VI +IV -II 2- T: S S Jernreduktion: 0 +III +IV +II T: Fe Fe Figur 52. Eksempler på anaerobe respirationsprocesser. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

48 Triglycerider Polysaccharider Proteiner ydrolyse ydrolyse ydrolyse Glucose Aminosyrer 1,2,3-propantriol Dihydroxyacetonephosphat AD + AD + + Deaminering 4 + Glycolyse Fedtsyrer xaloacetat Urinstof eller urinsyre FAD β-oxidation Pyruvat Ketosyre FAD 2 Acetyl-oA AD + AD + + itratcyklus α-ketoglutarat Fumarat xaloacetat Succinyl- oa Figur 53. espiration af protein og fedt. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

49 Glucose 1 3 Glycolyse Glucose-6-phosphat ATP, citrat AMP, fructose-6-phosphat Pyruvat ATP, AD, acetyl-oa Acetyl-oA itratcyklus 1 3 ATP, AD, citrat ATP ADP, AD + 4 AD, succinyl-oa Figur 54. espirationens regulering. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

50 Fotosyntese Glucose Amylose (stivelse) Streptomycin (antibiotikum) Biopolymerer (plast) ystein (aminosyre) Ethanol Acetat (eddike) Penicillin (antibiotikum) Pyruvat Lactat (syrnede mælkeprodukter) Methanat (methansyre) Acetyl-oA Fedtsyrer Aspartat (aminosyre) xaloacetat itrat (citronsyre) Tetracyklin (antibiotikum) Butanol Butanat (butansyre) Acetat (eddike) Propanon (acetone) Gibberellin (plantehormon) Methan (biogas) Steroider (hormoner) Figur 55. Metabolitter. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

51 Tema 4 ydrogen arboxylsyregruppe 2 Aminogruppe adikal Figur 2. Aminosyrernes generelle struktur. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

52 Tema 4 Ikke-polære hydrofobe radikaler Polære hydrofile radikaler Positivt ladede radikaler Alanin (A, ala) Valin (V, val) Glycin (G, gly) Serin (S, ser) Lysin (K, lys) Arginin (,arg) Leucin (L, leu) Isoleucin (I, ile) Threonin (T, thr) ystein (, cys) S istidin (, his) Phenylalanin (F, phe) Tryptophan (W, Trp) Tyrosin (Y, tyr) Asparagin (, asn) egativt ladede radikaler Methionin (M, met) Prolin (P, pro) Glutamin (Q, gln) Aspartat (D, asp) Glutamat (E, glu) S 3 2 Figur 3. De 20 aminosyrer i de levende organismer. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

53 Tema p 9 p 2 Figur 4. Aminosyrers optagelse og afgivelse af hydroner. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

54 Tema Figur 5. Dannelse af peptidbinding. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

55 Tema 4 Asp ys Pro Leu Gly Gln S Ile S Tyr ys Asp ys Pro Arg Gly Gln S Phe S Tyr ys xytocin Antidiuretisk hormon (AD) Figur 6. Primærstruktur af hormonerne oxytocin og AD. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

56 Tema 4 Figur 7. Eksempler på sekundærstruktur i enzymet glucoseoxidase. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB ydrogenbinding ydrogenbinding a α-helix b β-foldeblad

57 Tema 4 2 S S Disulfidbinding eller svovlbro ydrogenbinding Ionbinding ydrofob lomme Figur 8. Interaktion mellem aminosyrernes radikaler i proteinets tertiærstruktur. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

58 2 Tema Figur 9. Denaturering pga. p. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

59 Tema 4 Lav p + egativt ladet 1 Adskilles på baggrund af ladning - Stort Lille + pi eutralt 2 Tilsættes SDS og adskilles på baggrund af størrelse Positivt ladet øj p - Figur 11. 2D-gelelektroforese. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

60 Tema 4 Antistoffer Farvereaktion Enzym Antistof Protein itrocellulosepapir Gel Figur 12. Western blotting med antistoffer. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

61 Tema Mærkning S Mærkning Fraspaltning Mærkning S Fraspaltning Fraspaltning S Figur 13. Bestemmelse af aminosyresekvens. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

62 Tema 4 øntgenstråle Krystalliseret protein øntgenfilm Figur 14. øntgenkrystallografi. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

63 Tema 4 Energi E a Forløb af reaktionen Figur 15. Energiprofilen for en reaktion. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

64 Figur 16. Aktiveringsenergi. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB Tema 4

65 Tema 4 Energi E a Figur 17. Energiprofilen for et sammenstød mellem et dinitrogenmolekyle ( 2 ) og et dioxygenmolekyle ( 2 ). Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB Forløb af reaktionen

66 Tema 4 Antal molekyler Aktiveringsenergi med katalysator Aktiveringsenergi uden katalysator astighed / kinetisk energi Figur 18. Fordelingen af molekylernes hastighed ved en given temperatur. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

67 Tema 4 Energi E a1 E a2 S E P Forløb af reaktionen Figur 19. Energiprofilen for en katalyseret og en ikke-katalyseret reaktion. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

68 Tema 4 a eaktivt center b Substrat eaktivt center Figur 20. Skematisk model for glucoseoxidase. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

69 Tema 4 eaktivt center + Apoenzym ofaktor oloenzym Figur 21. Placeringen af cofaktor i enzym. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

70 Tema 4 E ox ES 1 2 is516 Glu412 - FAD Glu is Glucose (S 1 ) 1 3 FAD is is Dihydrogenperoxid (P 2 ) 4 2 Glucono-1,5-lacton (P 1 ) ES 2 E red is516 FAD Glu412 is Ḥ is516 3 Dioxygen (S 2 ) FAD Glu412 is Figur 23. De fire delprocesser i glucoseoxidases katalytiske oxidation af glucose. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

71 Tema 4 r. Klasse eaktionstype Eksempler fra glycolysen og citratcyklus 1 xidoreductaser edoxreaktioner, dvs. overførsel af elektroner fra et molekyle til et andet Glyceraldehyd-3-phosphatdehydrogenase, isocitratdehydrogenase, α-ketoglutaratdehydrogenase, succinatdehydrogenase og malatdehydrogenase 2 Transferaser verfører en funktionel gruppe fra et molekyle til et andet exokinase og phosphofructokinase 3 ydrolaser Spalter molekyler under samtidig optagelse af vand 4 Lyaser Spalter molekyler ved andre reaktionstyper end oxidation eller hydrolyse Aldolase og enolase 5 Isomeraser Flytter atomer eller atomgrupper inden for molekylet Triosephosphatisomerase og aconitase 6 Ligaser Binder to molekyler sammen. Ligaser kaldes også syntetaser arboxylase Figur 24. Enzymernes klassifikation. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

72 Tema 4 eaktionshastighed (V) Enzymkoncentration [E] Figur 25. eaktionshastighed som funktion af enzymkoncentrationen. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

73 Tema 4 Produkt V 0 Ligevægt [S 4 ] [S 3 ] [S 2 ] [S 1 ] Figur 26. Dannelse af produkt som funktion af tiden ved fire forskellige substratkoncentrationer. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB Tid

74 Tema 4 Begyndelseshastighed (V 0 ) V max ½ V max K M Substratkoncentration [S] Figur 27. Sammenhængen mellem substratkoncentrationen og begyndelseshastigheden. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

75 Tema 4 1 V 0 hældningen = K M V max 1 - K M 0 1 V max 1 [S] Figur 28. Lineweaver-Burk plot. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

76 Tema 4 Enzym Katalase arbonsyreanhydrase Lactatdehydrogenase hymotrypsin DA-polymerase I k cat (substratmolekyler pr. sek.) Figur 29. Turnoverværdier for nogle enzymer ved 20. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

77 Tema 4 eaktionshastighed (V) ptimum D Temperatur Figur 30. eaktionshastighed som funktion af temperaturen. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

78 Tema 4 eaktionshastighed (V) p Pepsin Sucrase Spytamylase Trypsin Figur 31. p-optimum for nogle fordøjelsesenzymer. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

79 Tema 4 a Substrat eaktivt center Kompetitiv inhibitor Enzym egulatorisk center b Substrat eaktivt center Enzym egulatorisk center onkompetitiv inhibitor Figur 32. Kompetitiv og nonkompetitiv inhibitor. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

80 Tema 4 eaktionshastighed (V) V max uden inhibitor V max med kompetitiv inhibitor V max med nonkompetitiv inhibitor Substratkoncentration [S] Figur 33. Effekten af inhibitorer på reaktionshastigheden. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

81 Tema 4 a 1 V Kompetitiv inhibitor Stigende [I] 1 V max Uden inhibitor 1 [S] b 1 V onkompetitiv inhibitor Stigende [I] Uden inhibitor 1 [S] Figur 34. Lineweaver-Burk plot med kompetitiv og nonkompetitiv inhibition. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

82 Tema ( 3 ) [2-(acetyloxy)ethyl]trimethylammonium (acetylcholin) Acetylcholinesterase ( 3 ) Acetat (2-hydroxyethyl)trimethylammonium (cholin) Figur 35. Effekten af acetylcholinesterase. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

83 Tema 4 Promotor Strukturgen Terminator Figur 36. Genet for glucoseoxidase. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

84 Tema 4 Bestråling Svampesporer Screening pformering på agar med indikator Videre dyrkning Figur 37. ptimering af produktionsorganismer ved inducerede mutationer. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

85 Tema 4 G A T G G BamI T A G G A A T T T T EcoI G A A A A G T T A indiii T T G A Figur 38. Eksempler på restriktionsenzymer og deres klippesekvenser. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

86 Tema 4 Aktivering af gen Gen Transkription ma prensning ma versættelse med revers transkriptase cda Figur 39. cda-metoden. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

87 Tema 4 a Protein Sekventering Aminosyresekvens versættelse Mulige prober b Prober tilsættes DA-polymerase Mærkede nucleotider cda Farvereaktion Enzymbundne antistoffer Enzym Antistof Figur 40. Søgning i cda-biblioteker. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

88 Tema 4 Taka-promotor fra A. oryzae Glucoseoxidase-strukturgen fra A. niger Amyloglucosidaseterminator fra A. niger Figur 41. Det konstruerede glucoseoxidase-gen. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

89 Tema 4 Amp Pamds ori pu19 pto amds Tamds Figur 42. Plasmidet pto90. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

90 Tema 4 Gen Klippesteder estriktionsenzym Sticky ends Ligase Plasmid Plasmid med indsplejset gen Figur 43. Klipning og sammensætning af gen og plasmid. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

91 Tema 4 Svampeceller Glucanase Protoplaster Plasmider PEG Gen integreres Plasmid optages Selektivt medium Ikke-selektivt medium Gendannelse af cellevæg Videre dyrkning Selektivt medium Figur 44. Fremstilling af protoplaster. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

92 Tema 4 ( ( n Figur 45. Polyethylenoxid, PEG. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB

93 Tema 4 Miljøklasse Miljøklasse 1 Miljøklasse 2 Miljøklasse 3 Miljøklasse 4 Krav Arbejde med mikroorganismer fra risikogruppe 1 som efter al sandsynlighed ikke forårsager sygdom hos mennesker eller problemer for miljøet Arbejde med mikroorganismer eller vektorer fra risikogruppe 2 som kan forårsage sygdom hos mennesker, men hvor der findes effektiv forebyggelse eller behandling. Der er lille risiko for spredning til omgivelserne Arbejde med mikroorganismer eller vektorer fra risikogruppe 3 som kan forårsage alvorlig eller dødelig sygdom hos mennesker, men hvor der findes effektiv forebyggelse eller behandling. Det kan fx være virus som kan inficere humane celler. Der kan være risiko for spredning til omgivelserne. Projekterne skal forhåndsgodkendes af Arbejdstilsynet Arbejde med mikroorganismer eller vektorer fra risikogruppe 4 som indebærer en høj risiko for alvorlige eller potentielt dødelige sygdomme, og hvor der sædvanligvis ikke findes effektiv forebyggelse eller behandling. Der kan være stor risiko for spredning til omgivelserne. Projekterne skal forhåndsgodkendes af Arbejdstilsynet Figur 47. Mikrobiologiske laboratoriers inddeling i risikoklasser. Bioteknologi by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB