caracteristici generale ale biotehnologiilor

8/16/2019 Caracteristici Generale Ale Biotehnologiilor

http://slidepdf.com/reader/full/caracteristici-generale-ale-biotehnologiilor 1/10



in mod obi"nuit, catalizatorii c!imici sunt folosiţi pentru a cre"te viteza "i selectivitateaacestor reacţii$

dacă o materie primă nu poate fi transformată direct într-un anumit produs, ci din aproape înaproape, trecnd prin mai mulţi produ"i intermediari, atunci fiecare sinteză de intermediariconstituie o etapă distinctă "i se realizează separat, în reactoare specifice.

# Pr!cesele %e fermentatie6 se datoreaza activitatii bioc!imice a microorgenismelor$ materiile prime prelucrate in cazul acestor procese sunt componente ale mediului nutritiv, de

cultivare$ mediul de cultivare este deseori comple "i nu întotdeauna foarte bine caracterizat (spre

deosebire de materiile prime din procesele c!imice) drept sursă de carbon se folosesc compu"ii 1, polimeri sau oligomeri ai acestora$ compu"ii 1 sunt metabolizaţi prin catabolism, transformndu-se în diferiţi intermediari "i

compu"i cu greutate moleculară mică, aceste transformări genernd energie bioc!imică, subformă de 345.

simultan cu procesele catabolice (de degradare) au loc "i procese anabolice, adică sinteze de produ"i ce intră în constituţia materialului celular sau produse etracelulare (367, proteine,enzime, poliza!aride, antibiotice, etc.), care se obţin cu aport de energie, furnizată de 345$

produsele utile ale proceselor industriale bioc!imice sunt fie biomasa ca atare, fie polimeriintra sau etracelulari, fie alti metaboliţi primari sau secundari.

în bioprocese, reacţiile de descompunere "i cele de sinteză decurg simultan, în acela"ireactor, în mai multe etape, a căror compleitate este mult mai mare dect a reacţiilor desinteză c!imică "i conduc la produ"i deseori inaccesibili prin metode c!imice.

din punct de vedere te!nologic, bioprocesele nu au selectivitate foarte mare (avand in vederenumărul mare de produse obţinute simultan în urma activităţii metabolice amicroorganismelor).

selectivitatea bioproceselor industriale se eprimată prin productivitate si se realizează decele mai multe ori prin:- ameliorarea tulpinilor,- diri%area adecvată a fermentaţiei,- utilizarea unor metode eficiente pentru recuperarea din mediul final de fermentaţie a

produsului de biosinteză urmărit. selectivitatea, deseori menţionată, a proceselor bioc!imice se referă de fapt la reacţiile

simple, catalizate enzimatic.

Etapele te"n!l!#iil!r a+ate pe pr!cese %e fermenta2ie

. prepararea mediilor de cultură pentru precultivări (inoculator, intermediar) "i cultivarea principală (regim)$

&. sterilizarea mediului, a fermentatoarului "i a ec!ipamentelor auiliare$*. prepararea inoculului (cultura activă "i pură)$0. cultivarea microorganismului "i formarea produsului în fermentator (fermentaţia propriu-

zisă)$8. prelucrarea mediului de fermentaţie în scopul izolării produsului urmărit1. neutralizarea "i eliminarea efluenţilor, a reziduurilor "i a de"eurilor cu respectarea normelor

de protecţie a mediului încon%urător .

&



*



# substanţe pure, produse sau subproduse agroalimentare cu un conţinut ridicat în glucide(sirop de glucoză, melasă, făină de cereale, tărţe).

acizi carboilici ca: acid acetic, acid propionic, acid succinic, acid lactic, grăsimi "i acizi gra"i.# <n general materiile prime bogate în celuloză au puţine aplicaţii în industria de medicamente

pentru că puţine organisme producătoare de substanţe de interes farmaceutic au activitate

faţă de acest substratGlucoza

# cunoscută "i sub denumirea sinonimă de detroză, este folositsă ca sursă de carbon "ienergie pentru obţinerea de:- antibiotice- intermediari steroidici- poliza!aride microbiene (antan, detran, pullulan),- glicoproteine

# =ateriile prime comerciale conţinnd glucoză sunt: siropul de glucoză (*&-8; glucoză)$ glucoza solidă brută (18-11; glucoză)$ glucoza pură cristalizată ca di!idrat, cu un conţinut de >>-;$ glucoza din amidon de cartofi sau cereale avnd următoarea compoziţie:

- 18 / 11; 6-glucoză,- *; 6-fructoză,- > / ; maltoză,- &&; detrine,

# ?fectele secundare, cum ar fi in!ibiţia de substrat, induse în anumite cazuri de prezenţaglucozei (de eemplu în cazul producerii unor metaboliţi secundari, ca penicilinele) pot fidiminuate pe două căi:

adăugarea glucozei în porţiuni, pe întraga durată de cre"tere a microorganismelor, astfel

înct concentraţia acesteia să se menţină sub limita de in!ibiţie, dar să se asigure vitezemaime de cre"tere a biomasei$ utilizarea alternativă (In anumite faze ale bioprocesului) a glucidelor care se metabolizează

cu viteză redusă, precum lactoza, care prin !idroliză eliberează galactoză "i glucoză înconcentraţii mai mici dect valoarea de in!ibiţie

Melasa

• ?ste un subprodus rezultat de la separarea za!ărului brut sau za!ărului rafinat (tabelul &.),• ?ste materia primă cea mai des utilizată ca sursă de diglucide, fiind foarte accesibilă

economic.• <n industria de medicamente, melasa este utilizată pentru obţinerea:

- vitaminelor !idrosolubile- unii aminoacizi de uz farmaceutic.

ompoziţia procentuală a melaseiomponente "i caracteristici Sursa de melasă

Separare za!ăr brut Separare za!ăr rafinatSubstanţe solide '2,> / 21,& '>,8 / 2&,&@a!aroză 0*,2 / 80,0 8, / 80,1@a!ăr invertit ,> / 0,8 ,& / ,81Aafinoză / &,'8 ,&0 / ,803zot total ,2& / ,> ,08 / ,18

enu"ă 8,* / >,1 ,0 / 0,** p+ 1,0 / 2, ',8 / 2,8

8



Lactoza# ?ste un diza!arid reducător, folosit sub formă de substanţă pură în industria medicamentelor,

ca materie primă pentru biosinteza unor antibiotice (în mod special a penicilinei).

# 5entru obţinerea acidului citric, a alcoolului etilic sau a proteinelor monocelulare seutilizează o soluţie de lactoză te!nică, de concentraţie ' / '8;, rezultată ca subprodus dinindustria brnzeturilor.

Amidonul # ?ste un poliza!arid compus numai din glucoză, care constituie, după celuloză, principala

rezervă de glucide din materialele vegetale.# In compoziţia amidonului intră două tipuri de poliza!aride, diferenţiate în primul rnd prin

tipul legăturii glicozidice dintre moleculele de glucoză, "i anume: & / &8; amiloză (legături ,0-B-glicozidice), restul fiind amilopectină (legături ,1-B-glicozidice, care permit ramificarea catenei).# ele două tipuri de poliza!aride se mai deosebesc prin: masa moleculară:- >. / &. pentru amiloză "i- .. / 1.. pentru amilopectină prin solubilitate:- spre deosebire de amilopectină, amiloza este solubilă în apă la ' "i este insolubilă în n-

butanol, n-pentanol, ciclo!eanol, acizi gra"i.

Materii prime f!l!site ca s&rse %e a+!t# 3zotul reprezintă ; din greutatea uscată a ma%orităţii microorganismelor.# Se poate calcula concentraţia minimă de azot din mediu pentru a obţine o anumită cantitate

de masă celulară.# 3legerea sursei de azot se face in functie de:# microorganism# costul sursei de azot ca materie primă# scopul fermentaţiei.# a surse anorganice de azot se folosesc: sărurile de amoniu azotaţii# a surse organice se pot folosi: uree etract de porumb făinuri proteice (de soia, malţ, orz, orez, bumbac, secară) etract de dro%die peptonăPartic&laritati %e &tili+are a s&rsel!r %e a+!t# <n general, cre"terea microorganismelor este mai rapidă pe baza substraturilor conţinind azot

organic.# 3numite microorganisme nu pot utiliza dect azotul provenit din compu"i organici cu

anumite structuri, de la aminoacizi, pnă la baze azotate sau vitamine.# 3lte microorganisme au necesităţi complee de azot, cărora nu le corespund dect etractele

opoterapice sau vegetale.

# 3tunci cnd se urmăre"te biosinteza unui compus cu conţinut mare de azot, randamentul de biosinteză va fi cu att mai mare, cu ct cantitatea de azot asimilabilă de către

1



microorganism este mai mare (cu condiţia ca microorganismul să aibă potenţialul genetic de producere a respectivului metabolit).

Extractul de porumb# ?ste o materie primă naturală foarte des întrebuinţată în procesele de biosinteză din industria

de medicamente.# ?tractul de porumb este un subprodus de la prelucrarea porumbului în scopul obţineriiamidonului "i a za!ărului.

# Aeprezintă unul din cele mai complee substraturi nutritive pentru dezvoltareamicroorganismelor, constituind sursa cea mai ec!ilibrată de azot, carbon, sulf "i săruriminerale.

# ?tractul de porumb se prezintă sub forma unei suspensii vscoase, cu un conţinutstandardizat de 8; substanţă uscată "i un conţinut în azot de 0; gCv.

# 5rin !idroliză, etractul de porumb conduce la un număr mare de aminoacizi, după cumrezultă din tabelul următor.

# 5oate fi folosit în acela"i timp "i ca sursă de carbon "i energie, întruct, pe lngă aminoacizi,

conţine "i:# acid lactic,# complee poliza!aridice# cantităţi mici "i variabile de glucide reducatoare# cantitati mici de vitamine ca: riboflavină, niacină, acid pantotenic, biotină "i piridoină# alciu (;), fosfor (&,8;), potasiu (,8;), raportate la substanţa uscată

ompoziţia în aminoacizi a !idrolizatului de etract de porumb3minoacid onţinut, raportat la

conţinutul de 7 (;)3la peste &83rg 2Dlu 2Eeu 15ro 8Ileu *,84re *,89al *,85!e &,=et ,is ,

Materii prime f!l!site ca s&rse %e !li#! 8i micr!elemente# S5r&rile minerale sunt adăugate în scopul furnizării de elemente biologic active, cu rol

structural, precum "i de menţinere "i reglare a proceselor fiziologice.# ?le furnizează elemente c!imice care îndeplinesc următoarele funcţii: intră în componenţa celuleor microbiene (5,S, =g, a, Fe, l)$ participă la formarea unor produ"i organici (5: acizi nucleici, fosfatide, S: aminoacizi, l:

anumite antibiotice, etc.) asigură reglarea presiunii osmotice "i a permeabilităţii celulare (sub formă de săruri minerale

disociate sau libere: =gl&, Gl, 7al, etc.)

furnizează o astfel de concentraţie de ioni în lic!ide înct menţin un p+ constant, compatibilcu cerinţele proceselor bioc!imice (ionii de +, H, a, 7a, 5, S, etc.) intervin în procesele de oido-reducere (ionii de u, Fe, etc.)

'



constituie cofactori ai sistemelor enzimatice: =g&, =n&, o&, Fe&, Fe*, @n&,=o&, etc.)

ompu"i c!imici disponibili ca surse de oligo "i microelemente

?lement Surse minerale

5 7a+&5H0.+&H, 7a&+5H0.&+&H, G+&5H0, G &+5H0, a(+&5H0)&.+&H,a+5H0.+&H, a* (5H0)&, =n+5H0.*+&H

a aH*, al&

=g =gH*, =gSH0. '+&H, =gl&

7a 7a+&5H0.+&H, 7a&+5H0.&+&H, 7al, 7a&SH0

l 7al, al&, =gl&, Fel&, Fel*. 1+&H, ul&.&+&H, @nl&.+&H,=nl&.*+&H

G G+&5H0, G &+5H0

Fe FeH*, Fel&, Fel*. 1+&H, FeSH0.'+&H

u ul&.&+&H, uSH0.8+&H

o ol&.1+&H, oSH0.+&H, oSH0.'+&H, o(7H*)&.1+&H

@n @nH*, @nl&.+&H, @nSH0.'+&H, @nSH0.+&H

=n =nH*.+&H, =nl&.*+&H, =n+5H0.*+&H, =nSH0.0+&H,=nSH0.+&H

9itaminele# onstituie o grupă de compu"i organici cu rol de biocatalizatori ai proceselor metabolice

prin care se asigură cre"terea masei celulare "i producerea metaboliţilor utili.# Sursele organice naturale de azot precum "i melasa, constituie în acela"i timp "i surse de

vitamine, dar conţinutul acestora în vitamine este supus unor variaţii largi, datoratecondiţiilor de recoltare a materialelor vegetale, de prelucrare, conservare "i depozitare, care

pot determina pierderea unor cantităţi importante de vitamine, de pnă la >8->2;.# 6in acest motiv, unele vitamine se adaugă în mediul de cultivare "i sub formă de produse

pure, obţinute prin sinteză

2



9itamine utilizate în formularea mediilor de fermentaţie din industria de medicamente

9itamina Surse Importanţa metabolică9itamina (tiamina) 4ărţe de cereale, "rot de soia, făină decarne "i pe"te, dro%dii fura%ere, etc.,

produse de sinteză

omponentă a tiamin- pirofosfatului dindecarboilaze "itransaminaze

9itamina & (riboflavina)

4ărţe, cereale încolţite, "rot de soia,dro%dii fura%ere, etc., produse desinteză sau biosinteză

omponentă a flavin-nucleotidelor

9itamina * (acidul pantotenic)

4ărţe de orez "i cereale, nutreţuriverzi, fnuri, etc., produse de sinteză

5recursor alcoenzimei 3

9itamina 0 (colina) Făinuri ptoteice de carne, pe"te, dro%diifura%ere, "roturi de oleaginoase, tărţede cereale, făină de lucernă, produsede sinteză

omponentăstructurală afosfolipidelor

9itamina 1

(piridoina)6ro%dia de bere, dro%dii fura%ere, tărţede cereale, "roturi de soia, făina de

pe"te

oenzimă implicatăîn reacţii detransaminare "idecarboilare

9itamina '

(vitamina +, biotina)=elasa, făina de carne, dro%diifura%ere, produse de sinteză c!imică

oenzimă implicatăîn reacţii decarboilare "i de

dezaminare9itamina >

(acidul folic)6ro%dii fura%ere, "roturi de soia, tărţede cereale, făină de lucernă, produsede sinteză c!imică

oenzimă implicatăîn sinteza unoraminoacizi "i înreacţii detransmetilare

9itamina &

(ciancobalamina)Faina de pe"te, lic!idele reziduale dela culturile de Streptomyces griseus "iaureofaciens (de"euri de la fabricareagrizeofulvinei "i tetraciclinei), produsede biosinteză

oenzimă implicatăîn sinteza unor aminoacizi

9itamina G Făina de pe"te, făina de lucernă, produse de sinteză c!imică Implicată în proceselede fosforilareoidativă "i înmetabolismul aciduluifumaric

3cidul nicotinic(vitamina 55, niacina)

6ro%dia de bere, dro%dii fura%ere, tărţede orez "i de gru, făinuri proteice deorigină animală, produse de sintezăc!imică (niacina "i niacinamida)

5recursor al 736 "i 7365

Prec&rs!ri

# Substante care intervin, ca intermediari, în biosinteza metaboliţilor utili sau in diri%%area proceselor de biosinteză pe o anumită cale.

>



# 5rezenţa precursorilor în mediile de fermentaţie are un rol deosebit de important pentrucre"terea randamentelor de biosinteză a anumitor produse.

# =ateriile prime cu rol de precursori sunt specifice fiecărui metabolit urmărit, cele maicunoscute fiind cele prezentate în tabelul 8

# 5recursorii se adaugă de regulă în cantităţi mici, pentru evitarea efectelor in!ibitorii.

5recursori specifici ai unor produse de biosinteză5recursor 5rodus de biosinteză =icroorganism producător

3cid fenilacetic 5enicilina D Penicillium chrysogenum

3cid fenoiacetic 5enicilina 9 Penicillium chrysogenum

n-propanol ?ritromicină treptomyces erythreus

Dlicina E-serinaSarcina albida

3cid B-cetobutiric 3lcaloizi din ergot Cla!iceps purpurea

Eecitină olinesteraza Pseudomonas spp.

lorura de cobalt 9itamina & Pseudomonas thermophila

Ulei&ri# Drăsimile au în general un conţinut mai mare în carbon "i !idrogen dact !idraţii de carbon.# 5rin oidare completă grăsimile pot furniza o cantitate aproimativ dublă de energie faţă de

cea care rezultă dintr-o cantitate ec!ivalentă de carbo!idraţi. Ulei&rile )e#etale se pot împărţi, în funcţie de gradul de nesaturare, în următoarele grupe: uleiuri de tip oleic, care includ uleiul de măsline "i de nuci"

uleiuri tip linoleic, care conţin un procent mărit din acidul gras dublu nesaturat acidullinoleic, 2+*&H&, care se găse"te în uleiul de porumb# de floarea soarelui $i de seminţede bumbac"

uleiuri tip linolenic conţinnd acid linolenic 2+*H&, cu trei duble legături, carese găse"te în uleiurile de soia $i de in$

# Jleiurile vegetale comerciale (ca de eamplu uleiul de porumb) sunt de regulă amestecuride esteri ai glicerinei cu acizi gra"i. ?i pot îndeplini două funcţii în mediile de biosinteză:

antispumanţi (împreună cu agenţi activi de suprafaţă) "i sursă nutritivă de carbon. Ulei&rile minerale (de obicei !idrocarburi cu greutate moleculară mare sau uleiurile

siliconice) pot fi de asemenea utilizate uneori ca antispumanţi, dar ele nu pot fi metabolizatede microorganisme, fapt pentru care au tendinţa de a se acumula în mediile de fermentaţie.Folosirea lor trebuie reglată astfel înct ace"tia să nu interfere în procesele ulterioare deetracţie.

caracteristici generale ale biotehnologiilor

Documents