Tehnologija enzima

Opis predmeta

SADRŽAJ PREDMETA

1. Određivanje kinetičkih parametara enzima za konverziju supstrata u proizvod u uvjetima industrijske primjene enzima

P: Povijest razvoja tehnologije enzima. Izvori enzima. Odabir enzima za industrijsku primjenu: određivanje kinetičkih parametara i utjecaj pojedinih parametara na brzinu enzimske reakcije i produktivnost procesa (koncentracija supstrata, koncentracija enzima, Km kao mjera afiniteta enzima za supstrat, broj obrtaja enzima, vmax). Utjecaj okolišnih parametara (pH, temperatura, ionska jakost) na enzimsku aktivnost i enzimsku stabilnost u uvjetima industrijske primjene enzima. Primijenjena kinetika enzimskih reakcija. Utjecaj inhibitora i aktivatora enzima na brzinu enzimske reakcije i njihova primjena u industrijskim procesima.

2. Biotehnološka proizvodnja slobodnih enzima

P: Biosinteza enzima s mikroorganizmima: podloga, uvjeti, mikroorganizmi, površinski i submerzni uzgoj, metode površinskog uzgoja. Izolacija enzima: opća shema, filtracija, taloženje, ekstrakcija, koncentriranje i razbijanje stanica, kromatografija, ultrafiltracija i elektroforeza.

S: Biotehnološka proizvodnja slobodnih enzima za industrijsku primjenu

V: Wohlgemuthova metoda. Ansonova metoda. Biosinteza a-amilaze pomoću bakterije Bacillus subtilis. Purifikacija enzimski aktivnog filtrata. SDS-PAGE elektroforeza enzimskih uzoraka.

3. Biotehnolopška proizvodnja imobiliziranih enzima

P: Imobilizacija i stabilizacija enzima. Metode imobilizacije enzima za industrijsku primjenu. Primjena membranskih bioreaktora u tehnologiji enzima. Utjecaj okolišnih čimbenika i difuzijskih ograničenja na kinetiku imobiliziranih enzima.

S: Biotehnološka proizvodnja slobodnih i imobiliziranih enzima za industrijsku primjenu

V: Imobilizacija a-amilaze u agaru. Imobilizacija alkalne proteaze u kalcijevom alginatu. Određivanje aktivnosti imobiliziranih enzima.

4. Industrijska primjena enzima

P: Reaktori i kinetičke usporedbe enzimskih reaktora. Pregled pojedinačnih industrijski važnih enzima: proteolitičkih, amilolitičkih, pektinolitičkih, celulaza, penicilin-amidaza i L-aminoacilaza. Primjena enzima u biotehnologiji, prehrambenoj i drugim industrijama, analitička i znanstvena uporaba, biosenzori. Priređivanje i uporaba genetički modificiranih mikroorganizama za proizvodnju enzima, enzimsko-proteinsko inženjerstvo. Primjena termofilnih enzima i enzima u organskom otapalu. Zakonski propisi o primjeni industrijskih enizma u proizvodnji hrane i dodataka hrani.

S: Izračun potrebnog slobodnog/imobiliziranog enzima za provedbu biokatalize u industrijskim uvjetima. Primjena enzima za uporabu u biotehnologiji, prehrambenoj i drugim industrijama.

ISHODI UČENJA:

• kritički prosuditi prednosti i nedostatke primjene membranskih bioreaktora u tehnologiji enzima
• kritičkom prosudbom odabrati enzim za određenu industrijsku primjenu na temelju kinetičkih parametara enzimske reakcije
• kritičkom prosudbom odabrati najpogodnije postupke imobilizacije enzima za konverziju supstrata u biotehnološke proizvode
• kritičkom prosudbom odabrati najpogodnije postupke izolacije i pročišćavanja ekstracelularno i intracelularno proizvedenih enzima
• objasniti utjecaj okolišnih čimbenika i difuzijskih ograničenja na kinetiku imobiliziranih enzima
• objasniti utjecaj okolišnih parametara (pH, temperature i ionske jakosti) i koncentracije supstrata na enzimsku aktivnost i enzimsku stabilnost u uvjetima industrijske primjene enzima
• procijeniti uspješnost imobilizacijskog postupka usporedbom enzimske aktivnosti proteolitičkih i amilolitičkih enzima prije i nakon imobilizacije
• provesti biosintezu, izdvajanje i pročišćavanje enzima submerznim uzgojem bakterije Bacillus subtilis
• shematski prikazati biotehnološki proces proizvodnje enzima submerznim i površinskim uzgojem radnog mikroorganizma
• usporediti prednosti i nedostatke biotehnološke proizvodnje enzima površinskim uzgojem mikroorganizama na čvrstim supstratima u odnosu na submerznu kultivaciju

PREDUVJETI ZA UPIS (PREDDIPLOMSKI STUDIJ):

• Biotehnologija 2
• Biokemija 1
• Biokemija 2
• Mikrobiologija
• Fenomeni prijelaza
• Jedinične operacije

Nastava

Literatura

Obavezna literatura:

1. J. Šušković, B. Kos: Tehnologija enzima (interna skripta, predavanja)

2. J. Šušković, B. Kos: Tehnologija enzima, Laboratorijske vježbe (interna skripta)

3. M. F. Chaplin, C. Bucke  (ured.) (2017) Enzyme Technology, Cambridgge University Press, Cambridge, New York, Sydney, http://www1.lsbu.ac.uk/water/enztech/

4. M. Kuddus (ured.) (2018) Enzymes in Food Technology, Springer, Singapore (pdf format).

Dopunska literatura:

1. K. Buchholz, V. Kasche, U. T. Bornscheuer (2012) Biocatalysts and Enzyme Technology, 2nd ed., John Wiley & Sons, Weinheim

2. Enzyme Nomenclature. Recommendations on Biochemical & Organic Nomenclature, Symbols & Terminology etc. (http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzymes)

3. A database for 3-D structures of proteins/enzymes and cofactors important for structure and function (http://biocem.ucl.ac.uk/bsm/cath)

4. Recentni pregledni i izvorni znanstveni radovi vezani uz istraživanje antibiotika.