Biyoteknoloji 12/05/2011
Transcript of Biyoteknoloji 12/05/2011
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
1/37
BYOTEKNOLOJ IBYOTEKNOLOJ I20052005--20062006
Prof. Dr. ule ARIProf. Dr. ule ARI
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
2/37
Mikroorganizmalarn rettikleriMikroorganizmalarn rettikleri
dk molekl arlkldk molekl arlklmaddelermaddeler
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
3/37
BiyodnmBiyodnm(Biyotransformasyon) Yoluyla(Biyotransformasyon) Yoluyla
retilen Metabolitlerretilen Metabolitler Mikroorganizmalar ok eitli organik bileikleri
kimyasal olarak deiiklie uratma
(biyodnmler veya biyotransformasyonlarbiyodnmler veya biyotransformasyonlar)yeteneine sahiplerdir. Biyodnm: mikroorganizmalarn bir bileii
yapsal olarak ilikili rnlere dntrmeleri B
u enzimatik reaksiyonlarda bir taraftanmikroorganizmann remesi iin gerekli substratmetabolize edilirken dier taraftan dabiyodnme uratlacak substrat metabolizeedilir=kometabolizma
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
4/37
BiyodnmBiyodnm
Biyodnmde bir veya az sayda enzimatikreaksiyon kullanlr
Genellikle tampon solsyonlarda gerekletirilir
Oysa fermentasyonla retimde ok saydaenzimatik reaksiyon sonucu rn oluur
Yzlerce farkl biyodnm reaksiyonunun
belirlenmesine karn fermentasyon ok pahalya da zor olduu durumlarda biyodnmreaksiyonlar ticari olarak kullanlr
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
5/37
BiyodnmBiyodnm
Biyodnm prosesinin kullanlmas iin nemligerekeler :
1. Substrat spesifisitesi: sadece bir spesifik reaksiyonaamas bir enzim tarafndan katalizlenir.
2. Blge spesifisitesi: moleklde birden fazla fonksiyonelgrup varlnda sadece spesifik bir pozisyona sahipolan etkilenir
3. Stereospesifite: rasemik karmlarda sadece bir form
dnme urar4. Reaksiyon koullar: enzimatik reaksiyonlar dahayumuak koullarda gerekletiinden daha azevresel zarara neden olma.
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
6/37
retimde biyodnmnretimde biyodnmnavantajlaravantajlar
y Reaksiyon says azaltlp, maliyetdrlebilir
rr:: Steroid biyotransformasyonlarndankortizol sentezi rneinde orijinalkimyasal sentez 37 aamal ve 1g kortizolmaliyeti 200$.
Mikrobiyal biyodnmle aama says11e gram bana maliyet ise 6$adrlmtr.
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
7/37
retimde biyodnmnretimde biyodnmnavantajlaravantajlar
Verim arty mmobilizasyon uygulamas iin ideal (hcre ya da enzim
kullanm)y mmobilize hcre ya da enzim kullanmnn avantajlar ise;y canl hcrelerin blnmesini inhibe edebilecek yksek
konsantrasyonlarda substratn (r. 10g/l) kullanlabilmesi,y hcre remesi iin kullanlan kontaminant maddelerin gerekli
olmay,y rnn geri kazanlmasnn kolay olmas,
y verimin yksek (%85-100) olmas,y pH ve temparatr gibi koullarn tm hcre iin gereken
deerlerden bamsz seilebilmesi
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
8/37
retimde biyodnmnretimde biyodnmnavantajlaravantajlar
Enzim araclyla yaplan dnmlerolduklarndan ve sadece birkaparametreyi ilgilendirdiinden kolaylklabyk lekli retime uygulanabilirlik
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
9/37
retimde biyodnmnretimde biyodnmnavantajlaravantajlar
y Rekombinant DNA teknolojisinin uygulanmas iin idealadaydrlar
y Mevcut prosesin enzim dzeyi artrlabilir
yEkonomik olmayan prosesler ekonomik hale getirilebilir
y Enzim geninin klonlanmas ile enzim dzeyininartrlmas
y Klonlanma sonras side directed mutagenesis-blgeyezg mutagenez uygulamasyla enzimin termostabiltesi
veya substrat spesifisitesinin deitirilmesiy Sentetik sentez yollar oluturulabilir.r: CC vitaminivitamini retimi
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
10/37
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
11/37
Rekombinant DNA teknolojisi ile,
Oysa Corynebacteriumun 2,5-diketo-D- glukonik asit redktaz geniErwiniaya aktarlarak proses basite indirgenmitir.
Erwinia
D-glukoz 2,5-diketo-D-glukonik asit
Corynebacterium
2-keto-L- guloik asit
Kimyasal
Askorbik asit
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
12/37
Biyodnm verimlerine ait
rneklerMikroorganizma Substrat r n Verim (%%)
Gluconobacter suboxydans sorbitol Sorboz 98Gluconobacter suboxydans gliserin dihidroksiaseton 90Gluconobacter suboxydans glukoz 5-ketoglukonik asit 90
Gluconobacter suboxydans mannitol fruktoz 95Aspergillus niger glukoz glukonik asit 100Aspergillus oryzae L-triroksin L-dopa 100Pseudomonas fragi glukoz L-ketoglukonik asit 92Rhizopus nigricans progesteron 11-a-hidroksiprogesteron 90
Alcaligenes faecalis maleik asit fumarik asit 98Bacillus fructosus sorbitol fruktoz 90
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
13/37
Biyodnm prosedr
Mikrobiyal dnm iin, Sporlar
blnen hcreler dinlenme halindeki hcreler
Enzimler
immobilize hcreler
immobilize enzim ve enzim sistemleri
kullanlabilir
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
14/37
Biyodnm prosedrBlnmekte olan hcrelerinkltrleri kullanmndaBlnmekte olan hcrelerinkltrleri kullanmnda,1. uygun besiyerinde kltrleme2. remenin uygun bir evresinde (6.-24. saatler)
biyodnm istenen substratn konsantre biimde
kltre ilavesiYA DA1. ok fazla miktarda inokulm2. reme periyoduna giri beklenmeden konsantre edilmi
substrat ilavesi
SORUN: Konsantre substratn znmemesi Az znen maddelerin znrln artrmak iin
emlsifiye edici madde (deterjan, etanol, aseton, dimetilformamid, dimetil slfoksit gibi dk toksisiteli suyla
karabilir zcler) ilavesi
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
15/37
Biyodnm prosedr
Dinlenme halindeki hcrelerinkullanm ilave edilen substrat ile enzim indksiyonu gerekli
olmad durumlarda substrat tarafndan reme inhibisyonunu ortadan
kaldrd iin nemli bir avantajmmobilize hcre kullanm proses sreklilii tekrar tekrar hcre kullanm bir ya da birden fazla reaksiyon aamasn
katalizleyebilmer:Alanin, maleik asit, aspartik asit immobilize bakteri
hcreleri ile retilmektedir.
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
16/37
Biyodnm prosedr
Hcresiz enzim ekstrelerininkullanm immobilize enzimlerle yaplan proseslerde istenmeyen reaksiyonlarn gereklememesi iin
veya reaksiyon rnlerinin daha ileri ykmlarauramamasnn istendii durumlarda veyasubstratn hcre membran yoluyla transportedilerek kaybedildii durumlar iin
mmobilize enzim kullanm
srekli prosesler iinr: penisilin ailaz, glukoamilaz, glukoz izomeraz
biyotransformasyonlar
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
17/37
Biyodnm prosedr
1. Hcrelerin ortamdan ayrlmas (transformasyonreaksiyonlarnda son rnler genellikle ekstrasellerdirveya znm hale ya da sspanse olmu formdabulunurlar. Bakteri ve mayalar genellikle ayrlmazken
fungus miselleri filtrasyonla ortamdan uzaklatrlarlar)2. Hcrelerin tekrar tekrar ykanmas (nemli miktarda
reaksiyon rn hcrelere absorbe olmu haldedir)3. r nn znrlne bal olarak geri kazanma
ilemi (kalsiyum tuzlar halinde ktrme, iyondeitiricilerle adsorbsiyon, uygun zclerleekstraksiyon, buharlaan maddeler iin dorudanbesiyerinden distilasyon )
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
18/37
Biyodnm uygulamalar
Biyodnm reaksiyonlar ok eitli Ticari olarak kullanlanlar fazla deildir NK: biyodnm yoluyla retilecek rnn
pazarnn olmamas ya da retimin pahalya malolmasdr
Ancak , immobilize hcre/enzim kullanm veprosese spesifik genetik modifikasyonlar
yaplm mikroorganizmalarn gelitirilmesiyleticari lee uygun biyodnmreaksiyonlarnn says artmakta
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
19/37
Ekonomik adan nemli
biyodnm reaksiyonlar(1) steroid ve sterollerin biyodnm,
(2) steroid olmayan bileiklerinbiyodnm (C vitamini)
(3) pestisitlerin biyodnm
(4) antibiyotiklerin biyodnm
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
20/37
Steroid ve sterollerin
biyodnm Mikroorganizmalarn steroid ve sterol
substratlarn okside ve redkte etmeleriselektif ve spesifik biyotransformasyonlararnek oluturur
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
21/37
Steroid ve steroller
Glukokortikoidler, mineralokortikoitler, androjen, strojen,progesteron gibi steroidler hormon zelliinde olan doalmaddelerdir
Tm steroidlerin ortak zellikleri bir
siklopetanoperhidrofenantren yapsnda olmalar Hormon zelliinde olan steroidler tedavi amacyla
yaygn ekilde kullanlr Antitmr ve antienflamatuar zellikte steroidler var
Kortizon antienflamatuar olarak romatoid artrit ve eitlideri hastalklarnn tedavisinde kullanlmaktadr.
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
22/37
Steroid eitleri Kortikosteroidler:Adrenal korteks tarafndan
retilen hormonlar
strojenler ve Progesteron: Dii cinsiyethormonlar
Androjenler: Erkek cinsiyet hormonu
Karbohidrat ve protein metabolizmasnda,elektrolit, su dengesi,kardiyovaskular sistem iskelet kaslar, bbrek ve dier
organlarn fonksiyonlarnda etkin
Sekonder cinsiyet karakterlerinden, reme fonksiyonlarndan
sorumlu, doum kontrolnde kullanlmakta
Erkek sekondercinsiyet karakterlerinden, reme fonksiyonlarndansorumlu. Ayrca meme kanseri tedavisinde, androjen eksikliinde,geliimi kas bymesini ve krmz kan hcrelerinin yapmn
tevik eder
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
23/37
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
24/37
3 tane primer 18 tane sekonder
karbon atomu
18 karbon atomunun her biri Eya da F formu eklinde hidrolizeolabilir
Bu formlarn her biri farkl birmikrobiyal hidroksilaz ileoluturulur.
Hidroksilasyona ek olarak bazmikrobiyal enzimler A halkasn
aromatize ederler. Bylecealternatif steroid trevi oluumuartar.
ADC
B
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
25/37
Steroid hidroksilasyon rnekleri
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
26/37
Examples of SteroidExamples of Steroid--based Drugs in Use Todaybased Drugs in Use Today
CH3
O
CH3
O
CH3
Female SexHormone
CH3
CH3
CH2OH
O
O
OHOH
Anti-inflammatoryAgent
O
CH3
CH3
H
OH
OH
O
Congested HeartSymptoms
CH3
OH
O
CH3
Male SexHormone
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
27/37
Steroid ve sterollerin biyotransformasyonu,
steroid hormon maliyetini ok azaltr Orijinal kimyasal prosesle
1 gram kortizon asetat 31 ayr reaksiyonla 615 gram deoksikolikasitten meydana gelir, sentetik hormonun maliyeti 200$
Deoksikolik asit kz safrasndan elde edilir ve birok proses iinsubstrat
Mikrobiyal hidroksilasyon ile pogesteronun 11. karbon atomununE formunda hidroksile olmas rn fiyatn 1$a drmtr
Kortizonun ucuza mal edilmesindeki bir dier etken de substratolarak deoksikolik asit yerine soya ya retiminde ortaya kanyan rnlerden sitosterol ve stigmasterol gibi ucuz substratlarnkullanmdr
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
28/37
Steroid olmayan maddelerin
biyodnmAlkanlarn, aromatik, heterosiklik bileiklerin,
terpenlerin, alkoloidlerinmikroorganizmalarca transformasyonu
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
29/37
Steroid olmayan maddelerinbiyodnm
NEML TCAR RNEK ASKORBK AST RETM(L- askorbik asit C vitamini retiminde ve gda endstrisinde
antioksidan olarak kullanlr)Yllk retimi 40.000 ton
Askorbik retimi iin iki yol vardr1. Klasik yol (Reichstein-Grssner sentezi): Reichstein-GrssnersentezindeAcetobacter suboxydansn 30-35oCdeki oksijenli vekuvvetli kartrmal retimiyle D-sorbitol, L-sorboza dntrlr.Tm prosesin tamamlanmasyla 2kg glukozdan 1kg L-askorbik asitretilir
2. Rekombinant DNA teknolojinin uyguland modern yol:Rekombinant DNA teknolojisi ile Corynebacteriumun 2,5-diketo-D-glukonik asit redktaz geni Erwiniaya aktarlarak proses basiteindirgenmi
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
30/37
Steroid olmayan maddelerinbiyodnm
GLSEROLDEN DHDROKSASETON RETMDihidroksiaseton gne kremi ve dier kozmetik rnlerde
yer alreitli asetik asit bakterileri uygun besiyerinde 28oCda ve
6nn altndaki pHlarda gliseroln %10unu 72-96 saattedihidroksiasetona dntrrler.Gluconabacter melanogenus IFO 3293n oksijence zengin
ortamda retilmesiyle sre 33 saate dm ve rnmiktar 12.2g/g biyomastan, 35.8g/g biyomasakarlmtr.
Acetobacter suboxydans (%97)Gliserol dihidroksi aseton
Acetobacter xylinum (%100)
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
31/37
Antibiyotik transformasyonu
Biyotrasformasyonlar mevcut antibiyotiklerden; yeni antibiyotik retimi spektrumun geniletilmesi antibiyotik etkinliinin artrlmas toksisitenin azaltlmas oral emilimin artrlmas diren geliiminin ve alerjik etkinin azaltlmasgibi zelliklerinin gelitirilmesi/kazandrlmas iin kullanlr.
Ancak biyodnm iin kullanlacak antibiyotiin total ya da ksmiinaktivasyonu tehlikesine kar antibiyotik seimi nemlidir.
Antibiyotik biyotransformasyonuna ait ok sayda olas reaksiyonvardr.
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
32/37
Dolayl transformasyon
nhibitr veya modifiye prekrsrlerin ilavesi iledeiik antibiyotiklerin sentezi
r: cis-4-metil prolin varlnda Streptomycesparvulus iki yeni antibiyotik oluturur. Bu yeniantibiyotiklerden antinomisinde prolin yerineprolin analou olan cis-4-metil prolin gemitir.
Antibiyotik sentezinde baz zel yollarn blokeedilmesiyle yeni rnlerin retilmesi
r: Neomisin reticisi Streptomyces fradiaedebyle byle bir mutantta neomisin biyosentezininara rnlerinden ribostamisin antibiyotii birikimiolur.
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
33/37
Dorudan transformasyon
Mevcut antibiyotiklerin
asetilasyonu (Ac),
fosforilasyonu (P), ve adenilasyonu (Ad) ile yeni antibiyotiklerin
elde edilmesi
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
34/37
Dorudan transformasyon
Asetilasyon reaksiyonlar: eitli antibiyotikler iinbelirlenmi
Biyolojik olarak aktif olmayan deasetile rnlerin
semisentetik rnlerin oluumu iin kullanlmas
Farkl fosfotransferazlarla fosforilasyon Adenil transferazlarla adenilasyon aminoglikozid cinsi
antibiyotiklerin biyodnm iin kullanlan reaksiyon
tipleri
Adenilasyon, fosforilasyon ve deadenilasyongentamisinde deiikliklere yol aar ve aminoglikozidlerekar bakteriyal direncin gelimesinde rol oynar.
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
35/37
F laktam antibiyotik hidrolizi,
nemli,Hidrolizle penisilinlerde lakton halkasnn kopmas
ile antibiyotik inaktivasyonu
F-laktamazlar penisilinlerin ve sefalosporinlerinlakton halkalarn hidrolizle paralarlar(F-laktamantibiyotiklere bakteriyal diren)
Penisilin ailaz ile penisilinin 6-APAya dnm
reaksiyonu ekonomik adan ok nemlink 6-APA yeni semi sentetik penisilin
trevlerinin yapmnda kullanlr
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
36/37
penisilin ailaz
penisilin ailaz6-APA+D-fenil glisin metil ester Ampisilin(yar sentetik penisilin)
6-APA
F-laktamazlar
-
8/6/2019 Biyoteknoloji 12/05/2011
37/37
Yar sentetik penisilinlerin;
sentetik olanlara gre asit stabilitesi, plazmitveya kromozomal olarak kodlanan F-laktamazlara direnlilik, geni mikrobiyaletkinlik gibi nitelikleri gelitirilerek eldeedilen semi sentetik penisilinler tedavi iinartan ekilde kullanlmakta