Αρχές Βιοτεχνολογίας Τροφίμων Ενότητα 3: Εφαρμογές Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας(1/3), 2ΔΩ Τμήμα: Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων Διδάσκων: Δρ. Σεραφείμ Παπανικολαου
Μαθησιακοί Στόχοι Βιοτεχνολογικά Προϊόντα και Εφαρμογές Στοιχεία Μικροβιακού Μεταβολισμού Παράγοντες που επιδρούν στη Μικροβιακή Αύξηση
Λέξεις Κλειδιά Βιοτεχνολογικά Προϊόντα Μικροβιακή Βιοχημεία Καταβολισμός Αναβολισμός Μικροβιακή αύξηση
Εφαρμογές Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας 1/8 1) Τεχνολογία των Τροφίμων 2) Βιομηχανία των Τροφίμων 3) Χημική Βιομηχανία 4) Φαρμακευτική Βιομηχανία 5) «Γεωπονική» Βιομηχανία «Πράσινη» Βιοτεχνολογία 6) Επεξεργασία γεωργικών και βιομηχανικών αποβλήτων και παραπροϊόντων διεργασίες βιο-εξυγίανσης (bioremediation)
Εφαρμογές Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας 2/8 Περίπου Ένα 20% Των Μελετούμενων Ζυμώσεων Σχετίζεται Με Την Κατηγορία (1) Η ΓΝΩΣΙΑΚΗ ΕΚΡΗΞΗ ΣΤΟΝ ΤΟΜΕΑ ΤΗΣ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑΦΕΡΕΤΑΙ ΚΥΡΙΩΣ ΣΤΙΣ «ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ» ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ
Εφαρμογές Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας 3/8 Τεχνολογία Τροφίμων
Εφαρμογές Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας 4/8 Βιομηχανία Τροφίμων
Εφαρμογές Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας 5/8 Χημική Βιομηχανία
Εφαρμογές Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας 6/8 Φαρμακευτική Βιομηχανία
Εφαρμογές Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας 7/8 «Γεωπονική» Βιομηχανία
Εφαρμογές Βιομηχανικής Βιοτεχνολογίας 8/8 Επεξεργασία Γεωργικών και Βιομηχανικών Αποβλήτων και παραπροϊόντων διεργασίες βιοεξυγίανσης.
Στοιχεία Μικροβιακής Βιοχημείας: Μεταβολισμός και Κινητική Μεταβολισμός: Σύνολο διεργασιών δια των οποίων τα χημικά συστατικά υποστρώματος δίδουν γένεση στα κυτταρικά υλικά. Διαχωρισμός σε: Αναβολισμό Καταβολισμό
Αναβολισμός Βιοσύνθεση σύνθετων κυτταρικών υλικών (πρωτεΐνες, DNA-RNA, TAG) αλλά και προδρόμων ουσιών (αμινοξέα, FFA ). Δραστηριότητα μη επισυμβαίνουσα αυθορμήτως αλλά πάντοτε δαπάναις ενεργείας.
Καταβολισμός Αποικοδόμηση οργανικών ουσιών ευρισκόμενων στο περιβάλλον της αύξησης, με απόρροια δημιουργία ενέργειας για το κύτταρο.
Σύνολο Αναβολισμού και Καταβολισμού ΑΥΞΗΣΗ Ανάπτυξη Κυτταρικού Πληθυσμού Καλλιέργειας Διαδοχικές Κυτταρικές διαιρέσεις
Μοριακή Οργάνωση Κυττάρων 1/2 CO 2, O 2, N 2, H 2 O, άλλα ανόργανα συστατικά Μονονουκλεοτίδια Αμινοξέα Απλά Σάκχαρα Λιπαρά οξέα Γλυκερόλη DNA-RNA Πρωτεΐνες Πολυσακχαρίτες Λιπίδια Πολυενζυμικά σύμπλοκα, ριβοσώματα, μεμβράνες, χρωμοσώματα Κυτταρικά οργανύλια, πυρήνας, μιτοχόνδριο, περοξυσώματα, Golgi ΚΥΤΤΑΡΟ Πηγή: Διαμαντίδης (1994)
Μοριακή Οργάνωση Κυττάρων 2/2 Απλά μόρια Σύνθετα μόρια Πολυμοριακά Συστήματα Κύτταρο Πηγή: Διαμαντίδης (1994)
Πηγή: Αγγελής (2007) Η Πρωτοπλασματική Μεμβράνη 1/2 Τυπική παρουσίαση μεμβράνης Ολιγοσακχαρίτες Υδρόφιλη Κεφαλή Φωσφολιπίδιο Υδρόφοβη Ουρά Μεμβρανική Πρωτεΐνη
Η Πρωτοπλασματική Μεμβράνη 2/2 Λιπίδια (20-50% κ.β.), πρωτεΐνη (50% κ.β.), ολιγοσακχαρίτες (5-30% κ.β.). Διατήρηση φυσιολογικής «ατομικότητας» κυττάρου διαπερατότητα.
Συστήματα Μεταφοράς Ουσιών στο Εσωτερικό του Μικροβιακού Κυττάρου Ελεύθερη διάχυση Διευκολυνόμενη Διάχυση Ενεργός Μεταφορά Κύτωση
Ελεύθερη Διάχυση V C e - C i Κατάσταση μη φυσιολογική, σχετιζόμενη με μη ζώντα συστήματα. Κυτοπλασματική μεμβράνη: Παρεμποδιστής ώσμωσης, φορτισμένα μόρια δεν δύνανται να περάσουν παθητικά στο εσωτερικό του κυττάρου.
Ώσμωση Μετακίνηση ύδατος και ωσμωτικά ενεργών συστατικών μέσω ημιπερατής μεμβράνης. Με χρήση υποτονικών διαλυμάτων δύναται να υπάρχει υπερβολική ενυδάτωση του μικροβιακού κυττάρου (διάταση των μεμβρανών). Με χρήση υπερτονικών διαλυμάτων είναι ενδεχόμενη η αφυδάτωση του κυτταροπλάσματος.
Διευκολυνόμενη Διάχυση Πρωτεΐνη φορέας που εδράζει στην κυτοπλασματική μεμβράνη προσδένεται στο μόριο και το μεταφέρει. Το εισερχόμενο επί του κυττάρου μόριο, δεν υφίσταται φωσφορυλίωση. Δεν υπάρχει κατανάλωση ενέργειας. Σύστημα φυσιολογικό και συμβατό με ζωή.
1) Σύστημα περμεασών: Σύνδεση μορίου σε ειδική θέση της πρωτεΐνης φορέα και αυτή «αλλάζει μορφή» με δαπάνη ATP. Ενεργός Μεταφορά 1/3 ATP ADP
Ενεργός Μεταφορά 2/3 Φωσφορυλίωση σακχάρου P-Σάκχαρο PEP Pr P-Pr Σάκχαρο Πυροσταφυλικό οξύ 2) Σύστημα φωσφοροτρανσφερασών Δαπάνη ενέργειας μέσω PEP. Φωσφορυλίωση μορίου που εισέρχεται στο εσωτερικό του κυττάρου.
Ενεργός Μεταφορά 3/3 3) Χρήση δεσμευτικών πρωτεϊνών (στα Gram βακτήρια) Α) Υπάρχουν «εξωτερικές» πρωτεΐνες (οι λεγόμενες «πορίνες») οι οποίες βοηθούν στην πρόσληψη συστατικών τα οποία περνούν από την «εξωτερική» μεμβράνη (outer membrane). Β) Κατόπιν εμπλέκονται οι «δεσμευτικές» πρωτεΐνες οι οποίες περνούν το θρεπτικό συστατικό μέσω του κυτταρικού τοιχώματος (πεπτιδογλυκάνης) στην κυτοπλασματική μεμβράνη. Γ) Στο τελικό στάδιο εμπλέκονται οι περμεάσες.
Κύτωση 1/2 Σε εξειδικευμένες περιπτώσεις ευκαρυωτικών μικροοργανισμών προσλαμβάνονται θρεπτικά συστατικά (ή και σωματίδια) που δεν μπορούν να περάσουν την κυτοπλασματική μεμβράνη. Ουσιαστικά το θρεπτικό συστατικό (ή το σωματίδιο) περικλειόμενο από την κυτοπλασματική μεμβράνη «καταβροχθίζεται». Υπάρχει ενδοκύτωση (απορρόφηση συστατικών από το περιβάλλον) και εξωκύτωση (απαγωγή συστατικών στο περιβάλλον).
Σκαρίφημα Κύτωσης
Κύτωση 2/2 Εξειδικευμένες περιπτώσεις κύτωσης είναι η φαγοκύτωση και η πινοκύτωση. Φαγοκύτωση: Απορρόφηση σχετικώς «μεγάλων» συστατικών στο εσωτερικό του κυττάρου (περιλαμβάνονται χωρίς να περιορίζονται στην περίπτωση αυτή τα βακτήρια, κλπ). Πινοκύτωση: Απορρόφηση μικρών ενυδατωμένων σωματιδίων, αλάτων, κλπ.
Ρόλοι μεμβράνης στα Προκαρυωτικά Κύτταρα Παραγωγή ενέργειας, μεταφορά Ε, οξειδωτική φωσφορυλίωση. Ένζυμα αναπνοής εδράζουν στην κυτοπλασματική μεμβράνη βακτηρίων. Έκκριση υδρολυτικών ενζύμων. Ένζυμα ευρισκόμενα στον περιπλασμικό χώρο (μεταξύ μεμβράνης και τοιχώματος). Βιοσύνθεση μορίων. Ένζυμα DNA, λιποειδή κ.α.
Βιβλιογραφία Διαμαντίδης (1994) Εισαγωγή στη Βιοχημεία, 2η έκδοση, University Studio press Αγγελής (2007) Μικροβιολογία και Μικροβιακή Τεχνολογία, 1η έκδοση, Σταμούλης Διαμαντίδης (2008) Εισαγωγή στη Βιοχημεία, 3η έκδοση, University Studio press Καλαντζόπουλος (1999)Στοιχεία Βιοτεχνολογίας Τροφίμων, Εκδόσεις ΓΠΑ Ratledge (1991) Yeast physiology a microsynopsis. Bioproc. Eng. 6, 195-203