Biosynthese. Biosynthese. Metabolic engineering. 8 Oktober 2014

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Biosynthese. Biosynthese. Metabolic engineering. 8 Oktober 2014"

Maria Timmermans
8 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Biosynthese Metabolic engineering 8 Oktober 2014 CV 1982 Studie Moleculaire Wetenschappen, WU 1989 Promotie productie monoklonale antilichamen Bioprocestechnologie&RIVM Post-docs 2001 Universitair docent bioprocestechnologie Farmaceutische eiwitten 2008 Algentechnologie Biosynthese Maken van producten met behulp van enzymen. Losse enzymen: biokatalyse Beperkt aantal stappen Micro-organismen. Complexe metabole routes 1

bioprocestechnologie Farmaceutische eiwitten 2008 Algentechnologie Biosynthese Maken van producten met

2 Penicilline G Acylase Producten Bulkchemicaliën Halffabricaten: Melkzuur, Citroenzuur,... Veevoer: Lysine,... Biobrandstoffen: ethanol, butanol, propanol, biodiesel Semi-bulk Medicijnen: Antibiotica Levensmiddelen: PUFA s, kleur en smaakstoffen Enzymen (wasmiddelen) Producten Specialities Medicijnen Farmaceutische eiwitten Complexe moleculen Vaccins 2

.. Biobrandstoffen: ethanol, butanol, propanol, biodiesel Semi-bulk Medicijnen:

3 Waarom biosynthese? Chemisch niet mogelijk Complexe moleculen (multistap synthese) Stereospecifiek Milieuvriendelijk Milde condities Minder chemisch afval Olie gebaseerde economie Biobased economy 3

4 Catabolisme en Anabolisme glucose O 2 NH 3 Amino zuren Pyruvaat Citraat... / NH Eiwit Vetten DNA/RNA Suikers CO 2 Ethanol melkzuur Aminozuren Monoclonaal antilichaam Collageen Glycolyse GLC G6P PYR PEP H 2 O F6P F16P 2PG 3PG DHAP GAP 13PG P NAD + Glycolyse FRU GLC G6P Aromatic amino acids Polysaccharides DNA/RNA PYR PEP H 2 O Alanine Lysine Valine F6P F16P P 2PG 3PG Serine Glycine Cysteine DHAP GAP 13PG Lipids NAD + 4

Glycolyse GLC G6P PYR PEP H 2 O F6P F16P 2PG 3PG DHAP GAP 13PG P NAD + Glycolyse FRU GLC G6P Aromatic

5 Glycolyse anaeroob GLC G6P F6P F16P 2PG 3PG 13PG H 2 O NAD + PEP PYR CO 2 ACA DHAP GAP P LAC ETH H 2 O +P +0.5O2 3 3 H2O Citroenzuur cyclus NAD + CO 2 PYR AcCoA CITR CoA OXA ICITR MAL FUM FADH2 AKG FAD CoA SUC GTP GDP+Pi SUCCoA CoA Citroenzuur cyclus Lipids AcCoA CITR ASP Pyr OXA ICITR Lysine MAL FUM FADH2 AKG GLU FAD CoA SUC SUCCoA GTP GDP+Pi CoA 5

5O2 3 3 H2O Citroenzuur cyclus NAD + CO 2 PYR AcCoA CITR CoA OXA ICITR MAL FUM FADH2

6 Citroenzuur cyclus: Anaplerotische routes PEP CoA NAD + CO 2 C 2 PYR AcCoA CITR CO 2 OXA C 2 GLYOX C 6 ICITR CO 2 C 4 MAL AKG FUM SUC C 4 SUCCoA Pentose fosfaat route PEP N+ NH N+ NH G6P 6PGL 6PG Ri5P H2O H+ X5P GAP DNA/RNA R5P S7P F6P E4P Phenylalanine Tyrosine CHO Tryptophan Biosynthese in de praktijk Bestaand micro-organisme Selecteer micro-organisme Maak het geschikt voor grote schaal Plug Bug Micro-organisme geschikt voor grote schaal Eschericia coli Sacharomyces cereviseae Zet de route er in Zoek de benodigde enzymen Genetische modificatie 6

Tryptophan Biosynthese in de praktijk Bestaand micro-organisme Selecteer micro-organisme Maak het geschikt voor grote schaal Plug Bug

7 Elektronen balans A (GAP) B (1,3-PG) M1 (NAD) M2 () Moiety D (LAC) C (PYR) Thermodynamica S1+S2P1+P2 0 [ P1] [ P2] G G RT ln [ S1] [ S2] In evenwicht ΔG=0: G RT ln Keq G RT ln K G RT ln K eq eq [ products] [ Subtrates] Thermodynamica G RT ln K eq [ products] [ Subtrates] ( mass action ratio) K eq Stappen in evenwicht: G = 0 (/Keq = 1) Stappen uit evenwicht: G < 0 (/Keq < 1) Stappen met grote G: ver uit evenwicht Elke stap en hele route: G < 0 7

Thermodynamica G RT ln K eq [ products] [ Subtrates] ( mass action ratio) K eq Stappen in evenwicht: G = 0 (/Keq

8 Thermodynamica Voorbeeld 1. Ethanol Lignocellulose Hernieuwbare grondstof Geen competitie met voedsel Samenstelling 15-25% Lignine----> Chemie 38-50% cellulose-----> Ethanol 23-32% Hemicellulose-----> Ethanol? Behandeling 8

9 Pentose fosfaat route Xylose Xylulose Ri5P G6P NH N+ Xylitol GAP X5P R5P S7P F6P E4P Ethanol Voorbeeld 2. Artemisinine Saccharomyces cerivisiae Blauw: direct overexpressie Paars: indirect overexpressie Rood: remming Groen: Nieuw Artemisia annua 100 mg/l Reacties vinden atggtacgtatctatac gttgacacttgcgccct ctctcgatagcgcaac aattaccccgcaaattt atcccgaaggaaaact gcgctgtaccgcaccg gtgttcgaacccgggg gcggc... Ec F6P = F16P H + Localization 9

Groen: Nieuw Artemisia annua 100 mg/l Reacties vinden atggtacgtatctatac gttgacacttgcgccct ctctcgatagcgcaac

10 Reacties vinden Atgtcagaacgtttccc aaatgacgtggatccg atcgaaactcgcgact ggctccaggcg... atggctatcgaaatcaa agtaccggacatcggg gctgatgaagttgaaat caccgagatc... Ec Ec PYR+CoA+NAD--> AcCoA+CO 2 + atgagtactgaaatcaa aactcaggtcgtggta cttggggcaggcccc gcaggttactcc... Ec Olie productie in algen Koolstof fixatie: Calvin cyclus

2.4.1 Ec 2.3.1.12 PYR+CoA+NAD--> AcCoA+CO 2 + atgagtactgaaatcaa aactcaggtcgtggta cttggggcaggcccc gcaggttactcc.

11 Vragen? 11

Vergelijkbare documenten

Tentamen Biochemie, onderdeel Abrahams, 2e jaar MST,

Tentamen Biochemie, onderdeel Abrahams, 2e jaar MST, 26-09-2014 1. Tijdens fotosynthese ontstaat O 2. Uit welke grondstof(fen) wordt dit O 2 gevormd? De reactie vereist energie. Hoeveel moleculen ATP worden