Figurer Bioteknologi 2 Tema 3 Tema 4 Fermentering og stofskifte Enzymer og gensplejsning Bioteknologi 2 ISB: 978-87-90363-46-8 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.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Kim Maltose Amylose Amylase 2 Frøhvide Frøhinde Frøskal Figur 5. Processer i bygfrøet under støbning. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Antal levende celler () 2 0 Figur 7. Eksponentiel vækst. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8. T 2 Tid (t)
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Vækstrate (V) Termofile bakterier Mesofile bakterier Psykrofile bakterier 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Temperatur ( ) Figur 10. Mikroorganismernes inddeling efter temperaturoptimum. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Vækstrate (V) Acidofile bakterier Gær eutrofile bakterier Basofile bakterier 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 p Figur 11. Vækstens afhængighed af p hos forskellige mikroorganismer. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Antal levende celler () øj koncentration Lav koncentration Tid (t) Figur 12. Vækstens afhængighed af næringsstofkoncentrationen. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Antal levende celler () Uden tilsætning Inhibitor Giftstof Tilsætning Tid (t) Figur 13. Vækstens afhængighed af inhibitorer eller giftstoffer. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Flowkontrol Syre-/basetank Motor p-kontrol Trykkontrol Luft Kølevand Kølekappe Temperaturkontrol æringssubstrat Inspektionsvindue mrøringsspader Kølevand Kontrol af lufttilførsel Figur 14. En bioreaktors virkemåde. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8. Sterilfilter Luft øst
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Figur 18. ydrocarbonernes inddeling. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8. Alkan Alken Alkyn ykloalkan Benzen Molekyle Ethan Ethen Ethyn yclohexan Benzen
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
2 2 -syre Figur 20. Den højest prioriterede funktionelle gruppe. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
2 2 1 3 4 2 Butansyre Figur 21. Molekylets hovedkæde. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Methan Ethan Propan Butan Pentan exan eptan ctan onan Decan Undecan Dodecan Figur 22. Alkanernes navne på baggrund af hovedkædens længde. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
2 2 4 2 2,4-diamino-4-oxobutansyre (aminosyren asparagin) Figur 23. ummerering af grupper. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
3 3 2 2 3-methyl-2-aminopentansyre (aminosyren isoleucin) Figur 24. Sidekædernes placering. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
2 α β γ 2 Figur 25. a-aminosyren asparagin. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Atomgruppe Primær Sekundær Tertiær Alkohol Amin Figur 26. Primære, sekundære og tertiære alkoholer og aminer. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Phenol Figur 27. Phenol. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 - - + 2 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 1 + 2 B 1 + 3 + B 1 + 2 S 1 + - ydrolyse --- + 2 -- + -- Spaltning af molekyle under optagelse af vand edbrydning af carbohydrater, protein og triglycerider Kondensation -- + - --- + 2 Sammenbinding ved fraspaltning af et mindre molekyle, fx vand eller phosphat pbygning af triglycerider Polykondensation n 2 -- -- + (n-1) 2 Sammenbinding af enheder i polymerer Syntese af polypeptider Figur 28. Vigtige organiske reakionstyper. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
a... 2 2 Amylaser / glucosidaser 2 + 2 +... 2 Glycosidbinding Polysaccharid Glucose b Lipaser / esteraser 3 3 3 + 3 2 + 3 3 3 Esterbinding Triglycerid 1,2,3-propantriol Frie fedtsyrer c Proteaser / peptidaser...... + 2 + 2 1 2 1 Peptidbinding Protein Aminosyre Figur 29. ydrolyse af a. Kulhydrat, b. Triglycerid og c. Protein. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
a 2 2 - 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 2 6 12 6 A A Figur 30. ATP. a. Kemisk struktur. b. Phosphorylering og dephosphorylering. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
4 e - 2 + 2 2 2 2 Elektrondonor Elektronacceptor Figur 31. edoxreaktion. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
T for : -IV -II 0 +II +IV 2 2 2 2 Methan Methanol Methanal Methansyre arbondioxid educeret xideret Figur 33. xidation og reduktion af de oxygenholdige funktionelle grupper. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
T: 0 +I -II 0 +IV-II +I -II 6 12 6 + 6 2 + 30 (ADP + P i ) 6 2 + 6 2 + 30 ATP 6 4 12 2 Figur 34. Elektronoverførsler ved respirationsprocessen. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
a 2 - AD + - 2 + 2 P P 2 2 2 + + 2e - 2 + + + 2 + + 2e - AD + AD + + b 3 FAD 3 2 - - 2 P P 2 2 3 2 + + 2e - 3 3 2 + + 2e - 3 FAD FAD 2 Figur 35. AD + og FAD s struktur og reaktion med + og e -. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
2 4 2 3 2 1 Tema 3 T: 0 +I -II -III +I -I +I -II +I +IV-II 6 12 6 + 2 (ADP + P i ) 2 3 2 + 2 2 + 2 ATP Figur 36. Elektronoverførsler ved alkoholgæring. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
6 12 6 Glucose 2 AD + Glycolyse 2 AD + 2 + 2 ADP + 2 P i 2 ATP 4 2 2 ADP + 2 P i 3 - Pyruvat 10 AD + 2 2 2 2 2 FAD 2 AD + 2 AD + 2 + 4 2 2 ATP itratcyklus 6 AD + 6 + Elektrontransportkæde 28 ATP 12 2 6 AD + 2 FAD 2 2 FAD Figur 38. espirationens delprocesser. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8. 28 ADP + 28 P i 6 2
6 12 6 Glucose 2 AD + Glycolyse 2 AD + 2 + 2 ATP 2 ADP + 2 P i 3-2 pyruvat Gæring 2 5 2 ethanol 2 2 Figur 39. Ethanolgæringens delprocesser. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Glucose-6-phosphat Glucose-6-phosphat Fructose-1-6-diphosphat Fructose-1-6-diphosphat Dihydroxyacetonephosphat Dihydroxyacetonephosphat 2 P i 2 P i 2 2 2 Glucose Glucose P i P i 2 2 P i 1 1 2 2 ATP ADP ATP ADP P i 2 2 P i 2 2 2 2 P i 2 2 3 3 ATP ADP ATP ADP Fructose-6-phosphat Fructose-6-phosphat P i P i 4 4 5 5 P i 2 2 2 P i Glyceraldehyd-3-phosphat Glyceraldehyd-3-phosphat 2 glycerat-3-phosphat 2 enolpyruvat-2-phosphat 2 P i 6 7 8 9 10 P i P i 2 AD + 2 + 2 P i 2 ADP 2 ATP + 2 P i 2 2 2 2 ADP 2 ATP + 3 2 AD + 2 P i 2 P i 2 glycerat-1,3-diphosphat 2 glycerat-2-phosphat 2 pyruvat P i Figur 41. Glycolyse. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Proces Enzym Forklaring 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
- + 2 AD + + AD + 3 3 3 Pyruvat Pyruvatdecarboxylase Ethanal Alkoholdehydrogenase Ethanol Figur 43. Ethanolgæring. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
- AD + + AD + - 3 Pyruvat Lactatdehydrogenase 3 Lactat Figur 44. Lactatgæring. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Ydre membran Intermembranrum Indre membran Matrix Enzymer i elektrontransportkæden Enzymer i citratcyklus Figur 45. Mitokondriets opbygning. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
- 2 2 + AD + AD + + oa + 3-1 2 3 + 3 3 3 S oa Pyruvat Acetyl-oA Figur 47. mdannelse af pyruvat til acetyl (ethanoyl). Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
2 2 3 S oa 2 acetyl-oa 2 SoA + 2 + 2 2 malat 2 AD + 2 + 2 AD + 8 2 2 oxaloacetat 1 2 2 2 citrat 2 2 isocitrat 2 2 AD + 2 2 7 3 2 AD + 2 + 2 2 2 + 2 fumarat 6 2 SoA 2 2 2 FAD 2 2 FAD 2 2 2 succinat 2 GTP 2 ADP 5 2 GDP 2 ATP 2 P i S oa 4 2 2 AD + 2 2 2 2 AD + 2 + 2 succinyl-oa 2 α-ketoglutarat 2 2 Figur 48. itratcyklus. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Proces Enzym Forklaring 1 2 3 4 5 6 7 8 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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
+ + + + + + - - - - + - - + - - - - - - - + - - - - + - - - - - + - + + Lav p - - - - - + + + øj p Intermembranrum Kompleks I 4 + Indre mitokondriemembran 2 + + 2 e - UQ UQ 2 AD + + (fra glycolyse og citratcyklus) AD + 4 + FAD 2 FAD 2 + + 2 e - UQ UQ 2 Matrix Kompleks II Kompleks III 4 + 2 + + 2 e - 2 + yt bc red yt bc ox Kompleks IV 2 + 2 e - 4 + ½ 2 2 ATP-syntase 4 + ADP + P i 4 + ATP Figur 50. Elektrontransportkæden. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
3 3 Fe ++ 3 2 2 2 2 Figur 51. æmgruppens kemiske struktur. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
itratreduktion (denitrifikation): 0 +V +IV 0 - T: 5 6 12 6 + 24 3 + 24 + 30 2 + 12 2 + 42 2 Sulfatreduktion (sulfatånding): 0 +VI +IV -II 2- T: 6 12 6 + 3 S 4 + 6 + 6 2 + 3 2 S + 6 2 Jernreduktion: 0 +III +IV +II T: 6 12 6 + 24 Fe 3+ + 6 2 6 2 + 24 Fe 2+ + 24 + Figur 52. Eksempler på anaerobe respirationsprocesser. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 ydrogen arboxylsyregruppe 2 Aminogruppe adikal Figur 2. Aminosyrernes generelle struktur. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 Ikke-polære hydrofobe radikaler Polære hydrofile radikaler Positivt ladede radikaler Alanin (A, ala) Valin (V, val) Glycin (G, gly) Serin (S, ser) + 3 + 3 + 3 + 3 Lysin (K, lys) Arginin (,arg) 3 3 3 + 3 2 + 3 2 2 2 Leucin (L, leu) Isoleucin (I, ile) Threonin (T, thr) ystein (, cys) 2 2 2 + 3 + 3 + 3 + 3 3 + 2 + 2 3 2 2 2 3 S 3 3 3 istidin (, his) Phenylalanin (F, phe) Tryptophan (W, Trp) Tyrosin (Y, tyr) Asparagin (, asn) + 3 2 + 3 + 3 + 3 + 3 + 2 2 2 2 2 egativt ladede radikaler Methionin (M, met) Prolin (P, pro) Glutamin (Q, gln) Aspartat (D, asp) Glutamat (E, glu) + 3 + 2 + 3 + 3 + 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 S 3 2 Figur 3. De 20 aminosyrer i de levende organismer. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 + + 2 - - + 3 + 3 + + p 9 p 2 Figur 4. Aminosyrers optagelse og afgivelse af hydroner. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 + + 2 1 2 1 2 Figur 5. Dannelse af peptidbinding. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 Figur 7. Eksempler på sekundærstruktur i enzymet glucoseoxidase. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8. ydrogenbinding ydrogenbinding a α-helix b β-foldeblad
Tema 4 2 S S 2 2 2 2 2 3 + - 2 2 2 2 Disulfidbinding eller svovlbro ydrogenbinding Ionbinding 2 2 3 3 3 3 2 ydrofob lomme Figur 8. Interaktion mellem aminosyrernes radikaler i proteinets tertiærstruktur. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
2 Tema 4-2 + 2 2 3 2 + 2 2 3 + 2 Figur 9. Denaturering pga. p. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 Antistoffer Farvereaktion Enzym Antistof Protein itrocellulosepapir Gel Figur 12. Western blotting med antistoffer. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 + 1 2 3 4 Mærkning S + 2 1 2 1 2 3 4 Mærkning Fraspaltning + 1 2 3 4 Mærkning S 1 2 2 3 4 Fraspaltning + 2 3 4 Fraspaltning S 1 + 2 2 Figur 13. Bestemmelse af aminosyresekvens. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 øntgenstråle Krystalliseret protein øntgenfilm Figur 14. øntgenkrystallografi. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 Energi E a Forløb af reaktionen Figur 15. Energiprofilen for en reaktion. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Figur 16. Aktiveringsenergi. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8. Tema 4
Tema 4 Energi E a Figur 17. Energiprofilen for et sammenstød mellem et dinitrogenmolekyle ( 2 ) og et dioxygenmolekyle ( 2 ). Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8. Forløb af reaktionen
Tema 4 Antal molekyler Aktiveringsenergi med katalysator Aktiveringsenergi uden katalysator astighed / kinetisk energi Figur 18. Fordelingen af molekylernes hastighed ved en given temperatur. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 a eaktivt center b Substrat eaktivt center Figur 20. Skematisk model for glucoseoxidase. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 eaktivt center + Apoenzym ofaktor oloenzym Figur 21. Placeringen af cofaktor i enzym. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 E ox ES 1 2 is516 Glu412 - FAD Glu412 3 3 is559 -... Glucose (S 1 ) 1 3 FAD is559 3............ 2 is516 2 2 2 Dihydrogenperoxid (P 2 ) 4 2 Glucono-1,5-lacton (P 1 ) ES 2 E red is516 FAD Glu412 is559 3 3 Ḥ.............. - is516 3 Dioxygen (S 2 ) FAD Glu412 is559 3 3... - Figur 23. De fire delprocesser i glucoseoxidases katalytiske oxidation af glucose. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 eaktionshastighed (V) Enzymkoncentration [E] Figur 25. eaktionshastighed som funktion af enzymkoncentrationen. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8. Tid
Tema 4 Begyndelseshastighed (V 0 ) V max ½ V max K M Substratkoncentration [S] Figur 27. Sammenhængen mellem substratkoncentrationen og begyndelseshastigheden. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 Enzym Katalase arbonsyreanhydrase Lactatdehydrogenase hymotrypsin DA-polymerase I k cat (substratmolekyler pr. sek.) 40.000.000 600.000 1000 100 15 Figur 29. Turnoverværdier for nogle enzymer ved 20. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 eaktionshastighed (V) ptimum D 10 20 30 40 50 Temperatur Figur 30. eaktionshastighed som funktion af temperaturen. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 eaktionshastighed (V) 2 4 6 8 10 p Pepsin Sucrase Spytamylase Trypsin Figur 31. p-optimum for nogle fordøjelsesenzymer. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 + 3 2 2 ( 3 ) 3 + 2 [2-(acetyloxy)ethyl]trimethylammonium (acetylcholin) Acetylcholinesterase + 3 - + 2 2 ( 3 ) 3 + + Acetat (2-hydroxyethyl)trimethylammonium (cholin) Figur 35. Effekten af acetylcholinesterase. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 Promotor Strukturgen Terminator Figur 36. Genet for glucoseoxidase. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 Bestråling Svampesporer Screening pformering på agar med indikator Videre dyrkning Figur 37. ptimering af produktionsorganismer ved inducerede mutationer. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 Aktivering af gen Gen Transkription ma prensning ma versættelse med revers transkriptase cda Figur 39. cda-metoden. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 a Protein Sekventering 1 2 3 4 Aminosyresekvens versættelse Mulige prober b Prober tilsættes DA-polymerase Mærkede nucleotider cda Farvereaktion Enzymbundne antistoffer Enzym Antistof Figur 40. Søgning i cda-biblioteker. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 Taka-promotor fra A. oryzae Glucoseoxidase-strukturgen fra A. niger Amyloglucosidaseterminator fra A. niger Figur 41. Det konstruerede glucoseoxidase-gen. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 Amp Pamds 5211 0 4354 1073 ori pu19 pto90 3592 3149 2973 amds Tamds Figur 42. Plasmidet pto90. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 Gen Klippesteder estriktionsenzym Sticky ends Ligase Plasmid Plasmid med indsplejset gen Figur 43. Klipning og sammensætning af gen og plasmid. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
Tema 4 ( ( n Figur 45. Polyethylenoxid, PEG. Bioteknologi 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.
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 2 2010 by ucleus Forlag Grafik: Elin Steffensen, Gigraf ISB 978-87-90363-46-8.