Биохимия лекции


Категория на документа: Химия


Тема1: Биотехнологията е научно технологична основа на клас
просизводст
вени п-си, които се осъществяват от биологични системи в следствие на биохимични реакции и в съответната апаратура. Биологичните системи са растителните и животинските клетки, микроорг. и ензими. Биохим. Реакции са: редукция, окисление, хидролиза, извършвани от биологичните агенти. Има няколко етапа в развитието на биотехнологиите: 1)производство на редица ферментационни продукти за хранителната промишленост, като производство на мляко, сирене, спиртни напитки и др. (направа на сирене чрез ензима ренин съдържащ се в телешко стомахче); 2)организирано производство на фуражни дрожди и оргганични киселини, тук се въвеждат за първи път и пречиствателните станции като биологично стъпало; 3)започва производство на биопродукти при стерилни условия (40-те години),произвеждат се антибиотици, витамини, аминокиселини, ензимни препарати и др. В този етап се създава и подетапа: микробиологична промишленост; 4) това е етапа на генното инженерство- той е характерен с конструирането и използването на ДНК рекомбинантни молекули. През този етап започва и развитието на редица имунобиотехнологии благодарение на които са създадени многжство ценни ваксини, противотуморни препарати и др. Съвременната биотехнология има следните характерни черти: има неразривна генетична и органична връзка с биологията: тя е интердисциплинарна и лежи на основата на редица дисциплини като: биология, химия, физика и др. ; тя е ориентирана и към промишлеността. Тя е чисто теоретична наука, а почти всяко изследване е насочено към създаване на определено производство. Биотехнолгията се състои от 6 раздела: микробиологичен синтез, имунобиотехнологии, екологични биотехнологии, ДНК-рекомбинантни биотехнологии, инженерна ензимология и технологична биоенергетика. В микробиологичния синтез основните биологични агенти са микроорганизмките. Чрез този синтез се просизвеждат ензими, витамини, антибиотици и аминокиселини. В последните години огромно значение имат и редица малотонайни производства за получаване на хормони, биостимулатори и др. биологично активни в-ва. за повечето микробиологични п-си е характерно получаването на първични клетъчни метаболити (продукти получени от биосинтеза, които са необходими за развититето и растежа на микроорганизмите). Към тях се отнасят витамините, органичните киселини и аминокиселините. При други микробиологични синтези се получват продукти, които не са задължителни за растежа на микробната клетка. Тези метаболити (продукти) се наричат вторични метаболити и към тях спадат: антибиотиците, някои алкалоиди и др. при някои микроорганизми се получват високомолекулни съединения като продукти, а именно ензими и полизахариди. Според микробиологичния синтез можем да разделим производството на следните по-важни продукти: Микробиален белтък (фуражни дрожди) - развити са много технологии чрез които може да се получи белтък, които се използва за сега, единствено за приготвянето на фуражни смеси. Аминокиселинния съства на микробиалния белтък е сходен с белтъците на млякото, яйцата и соята. Производството на този вид белтък има следните предимства пред класическите методи за получаване на белтък: има по- изгодна икономически технология, не зависи от климатични условия, вредители и др., този синтез е непрекъснат п-с. Основни продукти за производството на микробиален продукт са дрождите. Тук целта е натрупване на голямо количество биомаса от тези дрожди и след това се провежда хидролиза за извеждане на дрождевия белтък. Този белтък няма много широко приложение поради това че им а трудно смилаема клетъчна стена и по-високо съдържание на нуклеинови киселини (НК). ; Липиди- липидите от микробиален произход се използват като заместител на животински и растителни мазнини и намират приложение в ХВП; Полизахариди- те се синтезират от дрожди и бактерии. Тук най-ценни продукти са: декстрана (полимер на глюкозата, синтезиран от млечно кисели бактерии) и циклодекстрана. Те се използват в медицинската и аналитична практика. Декстрана се използва като заместител на кръвната плазма.; Витамини - най-много се прозивеждат С, А, В2, В12 и др.; Аминокиселини- у нас не се произвеждат такива, но в световен мащаб се произвеждат в Италия, Англия, Япония и др. Най-често произвежданите аминокиселини са: лизин 10%, глутаминоминова киселина 60%, и останалите 30% са аланин, аспартан и триптофан. Лизинът се използва при рпоизводството на комбинирани фуражи като чрез него се подобрява аминокиселинния състав на фуражното зърно. Глутаминовата киселина има приложение в ХВП като подобрител на вкуса на супи, хлябове, консервирани храни и др. Аспартана е изкуствен подсладител и се използва за приготвянето на различни диетични храни. Триптофана се използва също за фуражни смеси. Органични киселини- най-произвеждани са: оцетна , лимонена ( в Русе), млечна и глюконова. Тези киселини се използват в ХВП, фармацевтичната, химическата и други промишлености. Антибиотици - най-крупно мащабното биологично производство. Първият получен антибиотик това е пеницилина, след това гентамицин, цефалоспорин. Антибиотици у нас се произвеждатот Биовет -Пещера ( антибиотици за животни) и Атавис - Разград( антибиотици за животни и хора). В последните години се налага и производството на полусинтетични антибиотици- получени по микробиален път, но след това допълнително чрез химическа модификация е получен антибиотик с по- ценни лечебни св-ва - амопен, оксациклин, и др. За фуражни смеси най- често произвежданите антибиотици са: тилозин и апрамицин.
Тема2: При инженерната ензимология основния биологични агенти са ензимите, които се произвеждат от микробиални, растителни и животински източници. Технологията за получаване на ензими от микроорганизми е най- евтнина, тъй като лесно се натрупва голямо количество биомаса, микроорганизмите растат в затворена среда и не се влияят от външни климатични условия. Освен това те могат да се модифицират генно с цел да се синтезира по-голямо количесво ензим и единсвтено този ензим. Има 2 вида ензими: технически и високо пречистени. Техническите съдържат примеси, но те не пречат на основната реакция. Високо пречистените се получват чрез използване на редица скъпи методи като: течна хроматография, електрофореза, и др. Те се използват най- вече в медицината и аналитичната практика. Разделите на инженерната ензимология са : 1) промишлен биосинтез на ензими, 2) приложение на ензимните препарати в различни области; 3) конструиране на стабилизирани ензими с предварително програмирани св-ва. Ензимните препарати намират най- широко приложение в ХВП ( около 70%). Използват се за получаване на глюкозни фруктозни сиропи, при производството на вино, плодови сокове, в млечната промишленост и др. при производството на глюкозни сиропи се използват амилазите и глюкоамилазите. За стабилизиране не пиво се използва ензима папаин, а за плодови сокове - пектолитични ензими и др. За получаване на сирене се използва ренина, а за получване на ниско лактозно мляко - бета галактозид. Широко приложение ензимите намират и при производството на перилни препарати. Използват се най- вече липиди за отстраняване на мазнините и протиинази за отстраняване на белтъчни петна. Приложението на ензимите в медицината е за диагностициране и лекуване на заболявания на храносмилателната система (ракови заболявания) и др. При диагностицирането се използват ензими за определяне концентрацията на някои метаболити в биологичните течности като: глюкоза в кръв, урина, определяне на карбамид, както и за определяне на количеството ензими в човешкия организъм. Нови перспективи в инженерната ензимология дават имобилизираните ензими. Имобилизацията е процес на свързване ( физично и химично) на ензими към неподвижен носител като по този начин ензима се стабилизира и има по-дълъг период на действие. Така технологията се поевтинява и ензима може да се използва многократно и в непрекъснати п-си. Трябва да се направят някои икономически разчети преди внедряването на дадена имобилизирана технология: да се види стойността на ензима, който ще се използва; да се направи проучване на необходимостта от потреблението на този продукт; да се прецени стойността на носителя и метода на имобилизация и да се прецени какво да бъде крайното количество продукт както и неговото качество. Използват се следните технологии с имобилизиран ензим: получаване на ниско лактозно мляко и на глюкозогалактозен сироп чрез имобилизирана бета- галактозидаза; получаване на 6- аминопеницилинова к-на чрез имобилизирана пеницилин- амидаза. Имобилизираните ензими играят роля и за получване на биодатчици, чрез които може да се определи концентрацията на множество токсични съединения като : фенол, пестициди, тежки метали и др.
Тема 3: Технологиите за получаване на етиловалкохол по биотехнологични методи- това са крупно тонажни производства. Около 60%от етанола се получава от микробиологичен синтез. Алкохола се използва като енергиен източник и дори като заместител на бензина. Друг енергиен източник е биогаза, който е смес от метан (60-70%), въглероден диоксид (30%). Процеса за получване на биогаз е многоензимен и многоетапен. Биологичните агенти са метанообразуващи бактерии. Получаване на водород чрез биофотолиза на водната молекула- Опити са правени на базата на хлоропласти извлечени от спанак и от хидрогензи изолирани от бактерии. Това са ензими, които са катализатори на процеса фотолиза. Полученият по тизи начин водород е много чист и високо калоричен източник ( при изгарянето на водород се образуват само водни пари и никакви други токсични газове, а и суровините за получаването му са неограничени, а именно Слънцето, водата и съответните катализатори. През последните години се предпочита получаванеот на водород чрез имобилизирани клетки на цианобактерии. Една такава инсталация продуцира водород в продължение на 20 денонощия.
Тема 4: Биотехнологични методи за опазване на ОС- чрез биотехнологичните методи могат да бъдат разградени много замърсители на ОС. Разграждането на токсични съединения до въглероден двуокис и вода се нарича биодеградация( степента на биодеградация на токсичното в-во зависи от неговата хим. структура, а скоростта на биоразграждане от активността на микроорганизмите(бактерии, дрожди и др.)). Преминаването на токсично съединение на един вод в друг с помощта на микроорганизми се нарича: биотрансформация! Процеса наречен ,,кометаболизъм''оказва роля при разграждането на някои токсични в-ва. Кометаболизма е : п-с на едновренното усвояване на 2 в-ва, едното от които служи като енергиен източник за микроорганизмите, а другото се разгражда напълно. Разграждането на токсично в-во с помощта на 2 вида микроорганизми е друг вид кометаболизъм. / Основен замърсител на почвата са пестицидите и нитратите. Биотехнологичните методи се използват и за очиатване на в/ха и почвата. Биотехнологичните методи се използват и за пречистване на в/ха- използват се биофилтри, които поглъщат изпаренията от различни органични разтворители, серните оксиди, летливи феноли и др. Биофилтрите се подготвят с помощта на фиксирана биомаса. Биотехнологичните методи се използват както за пречистване на ОВ-и така и за получаването на някои ценни продукти като: получаването на белтъчновитаминни концентрати; за фуражни цели от ОВ и от ХВП; извличане на орг. разтворители, получаване на биогаз от ОВ идр. Пречистването на ОВ-и се извършва с комплекс от бактерии, плесени, дрожди и актиномицети, както и някои водорасли. Биотехнологичните методи се използват за биосорбция на тежки метали от ОВ-и от воден извлек на почвата. Върху клетъчната стена ма микроорганизмите и водораслите се осъществява биосорбциата на тежките метали като: олово, живак, цинк и др. /Получаването на фиксирана биомаса е имобилизация на микробни клетки в/у твърди подложки довежда до подобряването в технологиите за пречистване на ОВ-и. Фиксираната биомаса е по-стабилна във времето и се дезактивира бързо от токсични съединения като фенол, цианиди, багрила с хетерциклична структура, които се намират в ОВ-и. Биотехнологичните методи се използват и за добиване на метали от бедни руди, като в основата на този п-с лежи п-са на бактериално окисление на сулфидни металосъдържащи минерали. При този п-с става окисление на неразтворимата сулфидна форма в разтворима сулфатна форма, по този начин метала преминава в р-ра, откъдето той по-лесно се изолира. На базата на микроорганизми се подготвят биосорбенти,които се внасят в колони за биосорбция и се осъществява висока степен на пречистване от тежки метали.
Тема5: Раздел: Генетично инженерство- този раздел се дели на следните подраздели: 1) Генно инженерство- създават се рекомбинантни молекули на ДНК и въвеждането на тези хибридни молекули в клетката./ 2)Клетъчно инженерство- това са манупулации на келтъчно равнище- внасят се чуждиродни ядра или ДНК в клетката. Благодарение на генното инженерство са синтезирани хормоните, ваксините, аминокиселините, моноклонални антитела и др. (Пр: в човешкия организъм се внася в-во (антиген), а организма изгражда антитяло.)/ 3) Имунобиотехнологии- това е раздел 6 на съвременната биотехнология. Чрез имунобиотехнологиите се получават различни биорегулатори и модулатори на имунната система. Също така се получават лечебни препарати на базата на моноклонални антитела- ваксини срещу грип, СПИН, сифилис, хепатит, малария и др. /БЕЛТЪЦИ- Фунции на белтъците: 1) траспортна- чрез тях се пренасят малки молекули в организма (Пр: хемоглобина пренася кислорода.)/ 2)опорна и поркивна функция- осъществява се от белтъци, които имат висока механична и химична стабилност, такива са фибриларните белтъци (Пр: белтъка еластин, който изгражда съединителната тъкан на кожата и сухожилията/ кератина пък участва в състсва на ноктите, перата, козината)/ 3) защитна функция -осъществява се от сложни белтъци (гликопротеиди) наречени антитела или имуноглоболини. Известни са 5 класа антитела: IgG (имуноглоболин же), IgM, IgA, IgE, IgD- те се различават по структура, функция, молекулната маса и судържанието на захари. Антителата по специфичен начин се свързват с чуждите за организма вируси, бактерии, клетки наречени антигени. Ако има нарушения в имунната система на организма може да се стугне до тежки заболявания./ 4) каталитична функция- белтъци наречени ензими катализират при обикновена t и налягане много биохимични п-си. Скоростта на тези реакции се увеличава 10 милиона пъти. Ензимите имат третична и четвъртична структура. Пренасянето на енергия в организма също е благодарение на ензимите, както и синтеза на нови белтъци, усвояването на хараната и др. / 5) регулаторна функция- изпълнява се от регулаторни белтъци, които отговарят последователно да се делят клетките и растежа да е нормален./ 6) двигателна функция- Фибрилаторните белтъци (изграждат мускулните влакна) се свързват с енергийния източник АТФ и се извършва двигателната функция. / 7) рецепторни фунции- рецепторните молекули могат да бъдат антитела, хормони, токсини. Някои белтъчни молекули имат способност да разпознават специфични химични групи, молекули или др. клетки и се свързват с тях и предизвикват конформационни промени./ Строеж на белтъчната молекула- градивните единици на белтъците са 20 аминикиселини: аланин, глицин, серин, валин и др.- те са с ел-конформация (дясно вътящи и лявовъртящи). Те съдържат най- вече пептидни връзки, само аминокиселината цистеин образува дисулфиден мост в полипепдидна верига. Полипептидни вериги- белтъчните молекули са изградени от няколко полипептидни вериги. Някои от тях съдържат 70-80 аминокиселинни остатъка. Ако броя на аминокиселинните остатъци е по-малък, тогава се говори за полипептиди с определена биологична роля. (Пример: пептид е молекулата на имуноглоболините с молекулна маса 160хиляди. Изградена е от 4 полипептидни вериги свързани помежду си с дисулфидни мостове. Две по две веригите са еднакви. Двете са с молекулна маса 50хил. и се на наричат дълги вериги, а другите 2 са с молекулна маса 23хил. и се наричат къси вериги.
Пептидните връзки в бвлтъчната молекула са между простат и двойна връзка, т.е. полярни.
Поляризацията на пептидната връзка се дължи на притегляне на електрони от кислородния атом от СО групата. Пептидните връзки се образуват винаги от алфа- аминогрупите на аминокиселините и съответните на тях карбоксилни групи. В една полипептидна верига разстоянието между два еднопосочни радикала е 7,2 А0(от R1 до R3). Някои от страничните радикали са неполярни, хидрофобни, а други са хидрофилни. Тези странични радикали определат разтворимостта на белтъците, електролитната им дисоциация, киселинния и основен характер. Връзки в белтъчната молекула: освен пептидните и дисулфидните връзки има и вторични, слаби връзки в белтъчната молекула, които имат значение за структурата и св-вата на белтъчната молекула. Водородни връзки- осъществяват се от водорода на N-H група и кислорода от СО групата. Тези връзки могат да бъдат осъществени в една полипептидна верига или между няколко полипептидни вериги. Водородни връзки могат5 да се образуват и от фенолната група на тирозина с карбонилната група на пептидната връзка. Дължината на водородната връзка е 2,6 А0. Йонни връзки- Определят константата на електролитна дисоциация на белтъците, изоелектричната точка и рН оптимума на действие. В изоелектричната точка заряда на белтъчната молекула е нула. Йонните връзки са слаби връзки и възникват между противоположно заредени атомни групи и имат електростатичен характер. Йонните връзки могат да бъдат връзки на отблъскаване ( при еднакво заредени групи) и връзки на привличане ( при различно заредени групи). Хидрофобни Вандерваалсови връзки- образуват се при доближаване на незаредени молекули или атомни групи. Дължат се на преходана поляризация на атомните групи. Дължината на тези връзки е 3,5 А0. Диполни взаимодействия- на тези взаимодействия се дължи образуването на хидрационна обвивка около белтъчната молекула. при тях разпределението на електроните в молекулата е неравномерно и в единия край молекулата е заредена отрицателно, а в другия положително. Диполните взаимодействия играят роля при агрегирането на белтъчните молекули. При наличие на тези диполни молекули възниква електростатическо взаимодействие./ Първична структура на белтъците- изгражда се от последователното свързване на аминокиселинни остатъци в полипептидната верига и дисулфидни мостове. Има полипептидни вериги изградени само от 25-100 аминокиселинни остатъци, но обикновено белтъчната молекула съдържа от 100- 500 аминокиселинни остатъци. За да се докаже първичната структура, по- точно аминокиселинната полседователност се използват няколко метода: разграждане на белтъчната молекула чрез киселина или ензимна хидролиза и доказване на отделните аминокиселини чрез ултравиолетова спектроскопия или химични анализи доказващи крайни амино и карбоксилни групи. Вторична структура на белтъците- образува се при създаване на водородни мостове в пептидната верига или между две пептидни вериги. Това са далечни водородни връзки между пептидните групи. Има две форми на вторична структура на белтъците: 1) листова структура, която е характерна за фибриларните белтъци. Това нагуване е характерно за кератина на космите, които при навлажняване силно се опъват. Този кератин се нарича бета- кератин, следователно и структурата е бета-листова. Листовата структура прилича на стъпала на стълба в ъглите, на която са разположени алфа- въглеродните атоми. 2) алфа-спирална структура- тя е характерна за повечето от белтъците. При нея се образуват се по- голямо количество водородни мостове, извършва се по- голямо свиване и извиване на полипептидната верига , при което се образува спирала около една ос. Аминокиселинните остатъци са насочени извън цилиндричната повърхност ограничена от спиралата. Един пълен оборот на спиралата включва 3,6-3,7 аминокиселинни остатъка и хода на спиралата е 5,4 А0. За α- нагънатата структура:
Третична структура: фибриларните белтъци имат третична структура. Техните молекули са силно удължени- те са малко разтворими ( фибриларните белтъци само набъбват във вода- това им свойство има значение за еластичността и здравината на тъканите- те служат като опорни структури) и трудно дисоцируеми. Няколко пептидни вериги се осукват и образуват пакет от белтъчни молекули. При третичната структура имат значение и водородните връзки и дисулфидните връзки. Голяма част от белтъците образуват т. нар. глобула ( пространствена форма), а самите белтъци се наричат глобуларни. Глобуларните белтъци са водоразтворими, при тях нагъването на пептидните вериги е много по- голямо, отношението на дългата верига спрямо късата ос е много голямо - достигадо 30. Освен кератина фибриларен белтък е и колагена- неговата структура е от 3 осукани пептидни вериги - образуват единица наречена: тропоколаген. Тропоколагенните групи се свързват в още по-големи агрегати и се образуват пакети от белтъчни молекули. В тези пакети има добре подредени кристални области, но в същото време по веригите са разположени и безредни аморфни области. Четвъртична структура - Между отделните белтъчни молекули (субединици) има водородни връзки. Комплексите от субединици са четвъртичната структура на белтъците. Чрез детергенти ( р-р на карбамид и др.) много лесно се разкъсват връзките между субединиците. В някои случаи активността на комплекса е еднаква с тази на субединицата , но в повечето случаи активността се изразява само при образувания агрегат (комплекс, асоциат). Изобелтъци- обикновено това са белтъци с четвъртична структура, т.е. при тях са асоциирани отделни белтъчни молекули. Пример за изобелтък е ензима- лактатдехидрогеназа (LDH). Има 5 изоензима: LDH1 (М0, Н4); LDH2(М1, Н3); LDH3(М2, Н2); LDH4(М3, Н1); LDH5(М4, Н0)- всеки един от тях е изграден от два типа пептидни връзки, но тяхното количество е различно. Тези изобелтъци се различават по молекулна маса,но имат еднкава активност. Тези 5 форми са изолирани чрез електрофореза. %-те форми са доказани в човешкия организъм като всяка една от тях се синтезира в различни органи. В черния дроб и в скелетните мускули преобладава LDH5, а в сърдечния мускул преобладава LDH1.
Тема 8: Ензимите биват прости (протеини) и сложни (протеиди). Протеините са изградени само от белтъчни молекули, а протеидите имат небелтъчна част (витамини, метали и др.) Сложните ензими се наричат още холоензими= апоензими (белтъчна част) + коензими (кофактор≡витамин, метал и др). Връзката, която се изгражда м/у апоензима и коензима може да е йонна, водородна, а понякога и ковалентна. Когато при сложните ензими липсва коензима (кофактора) не се изразява активността на ензима. Когато се разкъсат чрез детергенти връзките м/у белтъчната молекула и кофактора активността на ензима не се изразява, но белтъчната част се запазва. Ако отново се прибави кофактор към белтъчната част активността на ензима отново се възстановява. Ензимите като белтъчни молекули притежават първична, вторична, третична и четвъртична структура. При оформянето на третичната структура (глоболарната) се оформя каталитичния активен център на ензимите. При ензимите се наблюдава и така нар. ,, надмолекулна структура''. Образуват се много ензимни комплекси, които представляват агрегат от няколко ензим, които са свързани чрез нековалентна връзка: Обикновено този комплекс действа при многоетапна реакция: Друг вид надмолекулна структура е сформирането на многоензимни конюгати, които са изградени от два или повече ензима, които са свързани ковалентно- като при това те представляват една белтъчна структура: Връзката е ковалентна. Aктивността на конюгата се губи напълно при н арушаване на ковалентната връзка. Сложните биохим. п-си в организма се катализират обикновено именно от такива конюгати. Друга надмолекулна структура, която е известа това е многоензимен комплекс- конюгат. Тук конюгатът се свързва с друг ензим чрез нековалентна връзка. В надмолекулната структура се включват и така нар. ,, свързани ензими''. Те представляват ензими здраво прикрепени чрез ковалентна връзка към мембранната структура на клетката. Такива смеси се наричат имобилизирани. Важна роля в структурата на ензимите имат кофакторите, които са нискомолекулни орг. съединения или метали. Пример за такъв кофактор е Zn, който играе роля на такъв при ензима карбоксипептидаза.
Тема 9: Сложните ензими се наричат още холоензими= апоензими (белтъчна част) + коензими (кофактор≡витамин, метал и др). Връзката, която се изгражда м/у апоензима и коензима може да е йонна, водородна, а понякога и ковалентна. Когато при сложните ензими липсва коензима (кофактора) не се изразява активността на ензима. Важна роля в структурата на ензимите имат кофакторите, които са нискомолекулни орг. съединения или метали. Пример за такъв кофактор е Zn, който играе роля на такъв при ензима карбоксипептидаза. Кофакторите имат различно действие- такива които изменят формата на ензима, преносители на определени групи, които стабилизират ензима, и които предизивикват асоциация на отделни субединици. Кофактори които изменят формата на ензима- без тях ензима е в неактивна форма. Кофактори действащи като преносите на определени групи, а именно: 1) преносители на електрони и протони или така нар. ,, ox-red''-ензими, които катализират съответните реакции. 2) преносители на CO2 са тези ензми, които катализират дихателните п-си. 3) преносители на сулфатни групи; 4) преносители на фосфатни групи- ензими катализиращи различни енергийни п-си; 5) преносители на аминогрупи и др. Кофакторите стабилизиращи ензима са тези, които не повишават активността му но поддържат ензима активен по- дълго време. И последните кофактори са тези, които асоциират субединиците и при тях само асоциираната ензимна молекула е активна.
Тема 10: Има 6 класа ензими: 1-клас: оксиредуктази- участват в окислително- редукционните п-си като пренасят водородни йони или електрони; 2-клас: трансферази- катализиращи п-сите на пренос на отделни групи; 3- клас: хидролазаи- хидролизиращи хидролизните п-си, разграждат се С-С, С-О и С-N връзките. 4- клас- лиази, които катализират разкъсването на С-С, С-О и С-N връзките като се образува двойна връзка или пръстен при ензимната реакция. 5-клас- изомерази- катализиращи изомеризацията на молекулите, т.е. геометричните и структурни промени; 6-клас: лигази- катализиращи образуването на нови връзки. Обикновено това са връзки енергетично по- богати, наречени синтетази. Има различни единици за измерване на ензимната активност, а именно: стандартна и специфична ензимна активност. Стандартната се определя по ф-лата: 1Е=μmol∆S/(1cm3/min), която се изразява като микромоловете разграден субстрат от един кубичен сантиметър ензимен препарат за една минута при оптимално рН и t. Специфичната активност се изразява: 1Е=μmol∆S/(1min.mg белтък)- това е микромоловете разграден субстрат за единица време отнесени за един mg белтък при оптимални t и рН.
Тема 11: Има 3 вида ензимна специфичност- абсолютна, групова и стериохимична. Абсолютната специфичност представлява взаимодействието на ензим само с един единствен субстрат, т.е. ензима катализира една единствена реакция. Пример: глюкозата, която се катализира от ензима глюкозооксидаза ( глюкоза+ О2→ глюконова к-на + Н2О2). Ензима ореаза, който катализира хидролизата на карбамида. Груповата специфичност представлява ензим, който е ориентиран към катализирането на определен тип хим. реакции, при които се засягат еднотипни връзки. Стериохимичната специфичност - счита се че е равностойна на абсолютната и бива 3 вида: 1) стериохимична специфичност към α и β- изомерите; 2) специфичност към геометричните изомер- цис и транс; 3) специфичност към оптични изомери- L и D- изомери. Ензимите, които разграждат даден L- изомер не са активни при разграждането на D изомер. По такъв начин се разграждат различни смеси на аминокиселини ( L+D изомер на аминокиселина).
Тема 12: Ензимните реакции се характеризират с образуването на езим- субстратни комплекси. Тези комплекси имат кратък живот, но въпреки това са доказани че съществуват. Пример за такъв ензимно- субстратен комплекс (Es) е: пероксидазата и Н2О2. Този комплекс е доказан спектрофотометрично. Има 2 теории, които обясняват механизма на протичане на образуването на тези комплекси: 1) Теория на Фишер (теория на ,, ключ- ключалка''), според нея субстрата е ключа, а ензима е ключалката. Субстрата взаимодейства с активния център на ензима, който представлява ключалката. Според тази теория субстрата и ензима имат точно определени твърди форми. 2) Теория - при която субстрата и ензима н е са твърди матрици. Тази теория е по- прогресивна и се нарича теория на Кошланд ( теория на индуцираното съответствие). При нея се счита че когато субстрата се доближи до ензима едва тогава настъпват структурни промени в ензима и така той индуцирано съответства на структурата на субстрата. Активния център на ензима е мястото, където се образува ензим- субстратния комплекс. В този активен център участват различни функционални групи като: амино група, карбоксилна, хидроксилна, сулфхидрилна и др. В зависимост от вида на групата в активния център различните ензими имат различни св-ва като образуване на комплекси с метали, склонност към образуване на водородни връзки, разтворимост и др.
Тема 13: Има голяма разлика в кинетиката на химичните и ензимните реакции. Характерно за ензимните е че те протичат при много висока концентрация. С изучаване на кинетиката на ензимните реакции се постигат различни резултати, а именно: може да се определи сродството м/у ензима и субстрата; може да се определи максималната скорост на ензимната реакция и константа на Михаелис- Ментен (Кm); може да се изучи зависомостта на ензимната реакция от t-та, конц. на активаторите, конц. на инхибиторите и др.; при многостадийна ензимна реакция може да се определи последователността на присъединяване на отделните субстрати към ензимите; чрез кинетиката може да изучи и механизма на ензимните реакции. При тях в сила е уравнението на Михаелис- Ментен: Vo=Vmax.So/(Km+So), където: Vo- е началната скорост на ензимната реакция, а Vmax- максималната, So- концентрация на субстрата в началото на ензимната реакция и Km- const на Михаелис- Ментен. Тази величина изразява афинитета на определен ензим към определен субстрат. Има характерна стойност за точно определен ензим и варира от 10-1 до 10-5mol и колкото е по- малка стойността на Кm, афинитета на ензима към субстрата е по- голям и обратно. От съществено значение за ензимната реакция е концентрацията и активността на ензима, която се изразява в единици за mg или ml. Строи се линейна зависимост на конц. м/у ензима и скоростта на ензимната реакция като се взема предвид и активността на самия ензим. С увеличаване на активността на ензима Ае конц. на ензима и скоростта на реакцията също растат. Кm и Vmax могат да бъдат определени графично на база на уравнението на Михаелис- Ментен като вземаме неговата реципрочна стойност и получаваме уравнение на права: y= ax+b; или 1/Vo= (Km+So)/ Vmax.So= Km/(Vmax.So)+ 1/Vmax или 1/Vo=(Km/Vmax). (1/So)+(1/Vmax). За определяне стойностите на 1/Vmax и -1/Km използваме няколко р-ра.

Тема 14: Инхибирането на ензимните реакции представлява намаляване на скоростта им на протичане. Тази скорост може да бъде намалена чрез повишаване на t или при промяна рН на средата. Всъщност тези фактори не се считат за инхибитори на ензимната реакция, а като такива служат химични в-ва, които понякакъв начин влияят в/у скоростта на ензимната реакция. Инхибиторите биват обратими и необратими като обратими са тези, при които комплекса не е стабилен и лесно може да се дисоциира като ензима се възстановява отново. Необратимите инхибитори се свързват с ензима и образуват стабилен ензим- инхибиторен комплекс. Инхибиторите биват още конкурентни и неконкурентни. Конкурентните се конкурират със субстрата за място в активния център на ензима. При тех се запазва Vmax, а се променя Km. При неконкурентните инхибитори нямаме конкуренция за място м/у субстрат и инхибитор, защото инхибитора се свързва на друго място, извън активния център на ензимната молекула. По този начин се променя формата на активния център и това затруднява протичането на ензимната реакция по механизма ,, ключ- ключалка''. При ензимните реакции различаваме субстратно и продуктно инхибиране. При тях с повишаване концентрацията на продукта и на субстрата се понижава скоростта на ензимната реакция. Конкурентното и неконкурентно инхибиране може да се изрази графично по следния начин: Противоположни по действие на инхибиторите са активаторите, които ускоряват ензимната реакция. Активаторите биват 2 вида: съществени (необходими) и несъществени. Съществените са задължителни за да се изяви активността на ензима. Те реагират обратимо с ензима и в края на реакцията се възстановяват. Най- често като активатори играят роля металните йони. Несъществените активатори нямат задължително присъствие при протичане на ензимните реакции, но без тях скоростта на реакцията е по- ниска. Съществуват и друга група активатори, които предизвикват алостерично активиране. В тази група са отделени активаторите предизвикващи много бързи ензимни реакции ( различни и биохимични п-си в организма). Тези активатори регулират метаболитните п-си и се наричат регулаторни ензими. Алостеричните активатори се свързват в молекулата на ензима на специално място, различно от активния център и то се нарича алостеричен център. При свързването на алостеричния активатор в алостеричния център става конформационна промяна в ензимната молекула, при което се подобрява сродството на ензима към субстрата.
Тема 15: Влияние оказват в/у ензимните реакции рН- стабилността и рН- опитмума, които представляват характеристика на ензимите. Установено е че всеки ензим има най- висока активност при точно определено рН и това рН се нарича оптимум или оптимално. За ефективното протичане на всяка ензимна реакция се използват стойностите при рН- оптимум. Различните ензими имат различен рН- оптимум. Например: рН- оптимума на глюкозооксидаза е 6, а на трипсин ( в стомаха) е 3. рН-стабилността показва областта, в която се съхранява активността на ензима и тези криви имат по- широко плато от кривите на рН- оптимума. Друга характеристика на ензимите е температурния оптимум и t на стабилност, които също оказват влияние в/у скоростта на ензимните реакции. За разлика от хим. пр-си влиянието на t при ензимните реакции се изразява в много тесни граници. След изявяване на максималната активност тя започва рязко да спада с увеличаване на t-рата, което се дължи на денатурация на белтъците при високата t. Температурния оптимум представлява тепературата, при която се отчита най- висока ензимна активност.
Температурната стабилност показва температурната област, в която се съхранява активността на ензима и кривата е коренно различна от тази на температурния оптимум.
Ензимите, които са в човешкия организъм са при рН- оптимум в неутралната област и максимална температурна стабилност = 50-60oC.
Тема 17 : Има различни методи за имобилизация на ензими: 1) адсорбционен- основава се на вандерваалсовите взаимодействия м/у ензима и носителя. От значение е по- добрата специфична повърхност, осигуряваща по- голяма степен на адсорбция. Връзките са слаби и много лесно се десорбира ензима при неговото използване.

При метода на йонното свързване се осъществява свързване на противоположно заредени носител и ензим. Задължително условие тук е спазване на определено рН и йонна сила на р-ра, за да се съхрани йонната връзка. В противен случай йонния комплекс се разрушава и губим ензим. Друг метод на имобилизация е този чрез омрежване, където свързването на ензима с носителя ства именно чрез създаване на мрежи (омрежване). Омрежването м/у ензимните молекули се осъществява чрез бифункционално съединение. Пример за такова съединение е глутаров алдехид. ОНС(СН2)3СНО+ NH2E→ОНС(СН2)3 СН=NE+NH2E→ EN=CH(CH2)3CH=NE
Тема 18: Друг начин на имобилизация е чрез включване. Към него спада включването в микрокапсули. Тук ензима се разтваря във вода, водния р-р се смесва с полимерен р-р в орг. р-л, след което се разбърква интензивно. Образува се емулсия като водните кпчици съдържащи ензима се покриват с полимерен филм. Така се оформя микрокапсула, която притежава пори, през които може да проникне субстрата и продукта. Друг начин на включване е този в кухи влакна (мембрани). За получаването на кухи влакна най- често се използва ацетатцелулоза или нитратцелулоза. Тук става разтваряне на полимера в орг. р-л. След което се добавя ензима сместа се хомогенизира и се пропуска през филери ( тъканни нишки), при което се образуват нишки, които веднага преминават във водна баня. След нея полимерните нишки се втвърдяват и ензима остава включен във вътрешността на кухото влакно като стените на кухото влакно са порести. Нискомолекулния субстрат може да премине през порите и прониква до ензима като се получава продукт на ензимната реакция. Този продукт също е нискомолекулен и може да излезе през порите на кухите влакна. Метода е много добър, поради това че се съхранява активността на ензима за дълго време. Последния начин на включване е включването в гел, като за целта се използват полимерни гелове. Ензима и мономера инициатор на полимеризацията се смесват във воден р-р като протича полимеризация и така ензимните молекули остават включени в полимерната мрежа. Тук се отнасят и така наречените термични гелове- пример за който е желатина. При него става разтваряне във вода, добавяне на ензими и повишаване на t до 400С, след което сместа се хомогенизира, t се понижава и се формира желатинов гел, в който има включени ензимни молекули. Има и друг вид гелове наречени йонни. Например смесват се ензим и алгинат във воден р-р, добавя се калциев хидрооксид, при което се образува калциев алгинат във вди на гел с включени ензимни молекули в него. Друг начин за свързване и имобилизация на ензимите е свързването им към ПАВ (повърхностно активни полимери). Тук се получават така наречените обърнати мицели.
ПАВ притежават полярен и неполярен край и при разтварянето си в орг. р-л обикновено се свързват с полярния си край. Ако към р-ра се добави воден р-р на ензим силно емулгиран, то водните частици с ензима попадат м/у обърнатите мицели наречени, микробиореактор. Друг начин на имобилизация е химичната (ковалентната), при която се образуват здрави ковалентни връзки м/у ензима и фунционалните групи на носителя. При този метод ензима се стабилизира най- добре, но в някои случаи активността на имобилизирания ензим е по- ниска от тази на свободния. Поради това че имаме добра стабилност могат да бъдат извършени голям брой операзионни цикли при работа с имобилизирани ензими. Има 3 метода за ковалентна имобилизация на ензими към носители с крайни карбоксилни групи (СООН). 1) азиден метод (CH3OH) 2)сулфиден метод SO2Cl2 -той е много бърз при киселинни хлориди, двустепенен е и се осъщестява при стайна t. 3) карбодиимиден метод- NR1=C=NR2 +H+
Teмa 19: Има 2 метода за ковалентна имобилизация при носител с крайна аминогрупа (NH2). Първия метод е на свързване чрез диазотиране. Втория метод е чрез свързване с глутаров алдехид: Тук при тяази реакция се образуват шифови бази, които са нестабилни и могат да бъдат стабилизирани чрез хидратиране с NaBH4 (borat) или чрез поддържане на рН= 7-9, в която област шифовите бази са стабилни. Ковалентната имобилизация на ензими към носител с крайна хидроксилна група (ОН) бива 3 вида: 1) имобилизация към нишестето като носител с помощта на диалдехид. Първия етап на тази реакция е окисление с NaIO4 (йодат) на ОН групата на нишестето до образуването на 2 алдехидни групи (СОН), които след това се свързват с амино групата на ензима. По подобен начин на глутаровия метод. 2) имобилизация по бромцианиден метод 3) имобилизация чрез цианурхлорид
Тема 20: имобилизацията оказва своето влияние в/у св-вата на ензимите. На първо място тя влияе в/у ензимната молекула. В завсисимост от метода на имобилизация може да се модифицира функционаланата група в активния център на ензима, могат да протекът конформационни промени в четвъртичната структура на ензима, което може да стане при взаимодействие на функционалните групи на носителя с функционалните групи на ензима. При конформационната промяна настъпва и промяна в сродството м/у ензима и субстрата, при което се променят кинетичните параметри на ензимната реакциа- Km и Vmax. Друг вид промяна, която може да настъпи е тази на електричния заряд на повърхността на ензима като при взаимодействието на функционалните групи на наосителя и ензима става преразпределение на електричния заряд на повърхността на ензима. Имобилизацията оказва влияние и в/у субстратната специфичност като тя зависи от метода на имобилизация. В някои случаи тази специфичност се запазва, а в други намалява. Пример за това е използването на азидния метод, при който се запазва само 3% от активността на ензима и за да се съхрани в случая се използват спейсери. Имобилизацията оказва влияние и върху pH-оптимума на ензима. При имобилизирания ензим pH-оптимума се измества в сравнение с pH-оптимума на свобидния ензим. Това става поради преразпределянето на H+ и OH-. Например, ако носителя е положително зареден и привлича хидроксилни аниони, при което обема на р-ра се измерва рН, което е изместено в киселата област и обратно. Имобилизацията влияе и в/у температурния оптимум, като в някои случаи имобилизирания енаим запазва температурния си оптимум същия, както когато е бил свободе. В други случаи температурния оптимум на имобилизирания ензим може да се измести с 2-30С. Друго съществено влияние е в/у стабилността на имобилизирание ензим. Неговата стабилност е много по-голяма от тази на свободния ензим. В много по- малка степен в/у стабилността му влияят високите температури, ниското и високо рН, денатуриращите химически реагенти и др. Параметър за стабилността на ензима е неговият полуживот- времето, за което активността на имобилизирания ензим достига половината активност от първоначалната си стойност. Този параметър е важен за промишлеността и при достигане на 50% активност трябва да се регенерира имобилизирания ензим. Другия основен параметър отнасящ се до имобилизацията на ензима, това е относителната активност. Тя представлява отношението на специфичната активност на имобилизирания ензим към специфичната активност на свободния ензим в %-ти. Параметъра ни дава реална представа за работещата част на имобилизирания ензим. В/у ензимната реакция от друга страна оказват влияние физикохим. св-ва на носителя. Тук имаме така наречения ефект на концентрационно разпределение. Представлява ефект, при който носителят е противоположно зареден спрямо субстрата. По тази причина субстрата се привлича силно към носителя и в резултат на това конц. на субстрата в обема на р-ра намалява, а в микрообкръжението на носителя се увеличава. При еднакво заредени носител и субстрат се наблюдава обратния п-с. Същия ефект на концентрационно разпределяне имаме и при наличие на инхибитори и активатори в р-ра. Друг вид влияние на носителя се проявява чрез дифузионните органичения, които биват вътрешни и външни. Вътрешните зависят от вида на носителя и от методфа на имобилизация и водят до стерични затруднения на движението на субстрата спрямо ензима. Най- големи вътрешни дифузионни ограничения има при имобилизация чрез включване в гел или при ковалентно свързване. При включването в гел субстрата много трудно прониква в полимерната гелна мрежа, където е включен ензима. За да се избегне от др. страна субстратното ограничение при ковалентния метод се използва свързването на някакво съединение с по- дълга въглеводородна верига м/у ензима и носителя. Като такова съединение най- често се използва хексаметилендиамин (Н2N(CH2)6NH2). Тези съединения се наричат спейдери и чрез тях ензима се отдалечава от повърхността на носителя.

Външните дифузионни ограничения са резултат на образуване на тънък слой р-л около ензимната фаза ( ензима е имобилизиран в/у твърдия носител). Дебелината на този слой зависи от степента на разбъркване на реакционната смес и колкото той е по- дебел, толкова скоростта на ензимната реакция е по- бавна.
Тема 21: Липидите са разнообразни по хим. строеж съединения и се обединяват в този клас, по това че са неразтворими във вода. те имат добра разтворимост обаче в орг. р-ли. Най- известни представители на липидите са триглицеридите (естери на глицерина с висшите наситени и ненаситени мастни к-ни). Липидите са енергийния запас на организма и служат като терморегулатор, както и предпазват от механични удари. Накои липиди, които съдържат фосфорна к-на се наричат фосфолипиди. Друг вид липиди са стероидите- техни представители са холистерола, хормоните, жлъчни к-ни и др. При съдържание на ОН- група в липидите те се наричат стероли. Основни структурни елементи в биологичната мембрана са част от триглицеридите, холистерола и фофолипидите. Липидите са изградени от хидрофобни висши мастни к-ни, които са с четен брой въглеродни атоми. Има само няколко известни мастни к-ни с нечетен брой въглеродни атоми например валерианова и пропионова к-на. Най- известни от наситените мастни к-ни са лауриновата (12 въглеродни атома), палметиновата (16-С) и стериновата (18-С). От ненаситените мастни к-ни са олеиновата (18-С и една двойна връзка), линоловата (18-С и 2 двойни връзки) и линоленовата (18-С с 3 двойни връзки). Мастните к-ни се характеризират с изразени киселинни св-ва, също така СООН (карбоксилна) се ориентират към водния р-р и се дисоциират във висока степен. Във р-ри обаче на NaOH и KOH образуват мицелии поради тяхното осапунване повърхността им е заредена отрицателно.
В мастните тъкани протича естерификация на киселините с глицериди, при което могат да се получат моно, ди и три- глицериди. Нйа- висок е % на триглицеридите и те се отлагат в мастните депа, но при определени условия могат да се освободят от там. В животинските мазнини има високо съдържание на наситени мастни к-ни например: в кравето масло наситените към ненаситените имат %-но отношение: 60:40. В растителните масла съдържанието на ненаситени е по- голямо. Процентното съотношение на ненаситени към наситени к-ни в зехтина е 80:20. Растителните мазнини, поради съдържанието на двойни ненаситени връзки могат да се хидрогенират каталитично, при което се втвърдяват. По този начин се получава и маргарин от слънчогледово или царевично олио. Киселините, които съдържат ненаситени вериги лесно се окисляват от кислорода и започват да съхнат и се развалят вкусовите им качества. Тези продукти са вредни, защото предизвикват свободно радикални верижни реакции, т.е. са канцерогенни и ускоряват стареенето. За подтискане на окислението има специални ензими, а в организма такава роля играе витамин Е. Има липиди в природата, които съдържат остатъци от аминогрупи и от фосфати. Тези съединения са по- полярни и подобряват дисоциацията на липидите във водата. Към групата на стероидите се отнася и холистерола, състоящ се от кондензирани ядра. Холистерола е с високо %- но съдържание в животинските мазнини и натрупването му в кръвоносните съдове е опасно, защото може да ги запуши от образувалите се плаки. Откъсването на такива частички е много опасно и може да доведе до инфаркт на миокарда. В мембраната броя на липидите е около 1500, но само 30 от тях са в по- големи количества, такива мембранни липиди са фосфолипидите- около 90%. Въз основа на хидрофилните и хидрофобни участъци в липидите във вдони р-ри се образуват тънки бислоеве. Тези бимолекулни слоеве имат големина съизмерима с тази на малки мицели и тези бислоеве служат като бариера за определени в-ва и задържат други видове в-ва. Биологичната мембрана има течно- мозаечна структура. Във вътрешността на мембранния липиден бислой се потапят белтъци, хидрофобните групи, на които са ориентирани към централната част на бислоя. Такива хидрофобни белтъци са ензимите и транспортните белтъци и благодарение на тях се осъществяват редица биохимични и транспортни реакции. Другия вид белтъци това са периферните, които се намират на повърхността на липидния слой. По- голяма част от тях са захванати за мембраната чрез хидрофобни връзки и са лесно разтворими във вдоно солеви р-ри. Като цяло мембраните представляват 1/3 от обем на клетката и 2/3 от нейната суха маса. Обмяната на в-ва и енергия се осъществява в/у мембраната и именно това характеризира жизнената дейност на клетката. С течение на времето се доказва че освен обграждащи функции мембраната има и други функции. В/у мембраната се извършват определени функции на белтъчни носители, на ензими, на рецептори и др. и от друга страна тя притежава определена пропускливост спрямо различни съединения. Една от най- съществените функции на мембраната е мембранния транспорт на молекули и йони от двете й страни. Този транспорт се осъществява от специфични интегразлни белтъци, специализирани за осъществяването на този п-с. Преноса на определени съединения става през канали и пори образувани благодарение на тези белтъци. Много важна транспортна роля играе ензима аденозинтрансфераза (АТФ). Преноса чрез него става за сметка на енергията на ензима. Имаме няколко типа мембранен транспорт: 1) проста дифузия- при нея липофилните съединения преминават чрез разтваряне в липидния слой на мембраната. Така преминават лекарствата, стероидните хормони и др. Хидрофилните съеиднения могат да преминат свободно през каналите и порите на мембраната, образувани от белтъчните молекули. 2) обменна дифузия- при нея се осъществява едновремен пренос на 2 в-ва от един и същ белтъчен преносител, като посоката на пренасяне за 2-те в-ва е противоположна. 3) улеснена дифузия- при нея става пренос на в-ва чрез белтъчен преносител, който е изграден в мембраната - белтъчния преносител се свързва с точно определено в-во и затова свързването е специфично. Тук може да имаме и пренасищане, при което се забавя значително скоростта на пренос на в-вото. 4) активен транспорт- представлява пренос на в-во при разлика в концентрациите му от 2-те страни на мембраната и преноса се осъществява в посока от по- ниска към по- висока концентрация.
Тема 22: Нуклеиновите к-ни (НК) са високомолекулни съединения, които биват дизокси и рибонуклеинови. Рибонуклеиновите се включват в п-сите на белтъчния биосинтез, а ДНК играят роля при съхранението и предаването на наследствената информация. НК-и са изградени от нуклеотиди като тези които съдържат само рибонуклеотиди са РНК, а съдържащите само дизоксирибонуклеотиди са ДНК. В една НК-а не може да има и 2-тга типа нуклеотиди. Нуклеотидите от своя страна са изградени от 2 пуринови и 3 пирамидинови бази. Пуриновите са аденин (А) и гуанин (Г), а пирамидиновите са урацил (У), цитозин (Ц) и тимин (Т). НК-и се изграждат като нуклеотидите се свързват в полинуклеотидни вериги, като свързването става с естврна връзка. Фосфатния остатък на един нуклеотид естерифицира хидроксилна група намираща се на 3-то място в пентозата, която е 2-рия нуклеотид. Обикновено полимерната верига се бележи с съкращенията на базите : ААГУ. НК притежават също първична, вторична, третична и четвъртична структура. Първичната е тази, при която базите се свързват последователно в полимерната верига. Последователността се определя чрез частична хидролиза, при която се разкъсва ( секвенция) полимерната верига. Има няколко вида НК-и класифицирани на база техните функции: 1) ДНК- съдържаща само дизоксирибоза. Характеризира се с наличието на тимин от пирамидиновата база и липса на урацил. Тези ДНК имат висока молекулна маса. 2) Транспортно РНК- имат ниска молекулна маса и съществуват около 20 вида такива, които са специфични за различните аминокиселини в белтъците. 3) рибозомна РНК- съдържа се в рибозомите (морфологични обособени клетъчни частици), които са изградени само от НК-и и белтъци. 4) информационна РНК- тя е открита най- късно и служи за предаване на наследствената информация. Тази молекула е с най- висока молекулна маса. Има хипотеза за двойната спирална структура н а ДНК според която тя е съставена от 2 полинуклеотидни спирали вплетени една в друга, като веригите са антипаралелни. Базите са свързани чрез водородни мостове като могат да се свързват само А и Г с цитозин, т.е. една пуринова база от едната верига се свързва с точно определена пирамидинова база от другата верига. Тимина се свързва с аденин чрез 2 връзки, а Аи Ц чрез 3 водородни връзки. Един пълен оборот на спиралата съдържа 10 бази.
Тема 23: Във всеки биотехнологичен п-с от важно значение е биологичният агент (микробни клетки, ензими, растителни и животински клетки или компоненти на клетката. Най- важни са микробните клетки (бактерии, актиномицети, плесени и дрожди). Характеристики на Mi при технологичните п-си: 1- Mi се размножават бързо (пример -на всеки 30 min); 2- п-сите протичат с голяма скорост; 3-микробните клетки усвояват бързо в-ва и по този начин натрупват продукти с ценни качества. Важен фактор за развитието на Mi е състава на хранителната им среда. Хранителната среда трябва да съдържа и микроелементи (Cu, Zn, Fe, Co, Мn и др.), които да са в минимални количества, но са много важни за клеткат, за щото влизат в състава на много ензими и катализират редица биохимични п-си. В нея трябва да има в-ва, които да съдържат органогенните елементи: С, Н, N и О. Като въглероден източник могат да се използват орг. к-ни и алкохоли. Глюкозата, галактозата, арабинозата и захарозата са основен източник на въглерод. За източник на въглерод могат да се използват и полизахаридите ( нишесте и целулоза), но само за Mi, които имат ензимни си-ми, които да хидролизират тези в-ва. Такива ензимни си-ми имат плесенните гъби. Ако тези Mi намат такава ензимна си-ма трябва тези полизахариди да бъдат подложени на предварителна ензимна или хим. хидролиза, за да се превърнат в усвоими монозахариди или нискомолекулни олигозахариди. При някои Mi за въглероден източник служат естествени мазнини или нефтени въглеводороди. С помощта на Mi се получават ценни антибиотици, аминокиселини и др. N2 при Mi е необходим, за да могат да синтезират аминокиселините, които изграждат белтъка. В зависимот от източника на азот Mi се разделят на: 1- аминоавтотрофни ( асимилират азота от в/ха и от прости неорг. съединения (нитрати, нитрити, амониеви соли). 2- хетероавтотрофни- използват азота, който се съдържа в сложни орг. съединения (протеини, които предварително са хидролизирани до аминокиселини и едва тогава могат да бъдат транспортирани през клетъчната обвивка. Към хранителната среда на Mi се прибавят и макроелементи - Р, K, Na, Mg, Ca и S. фосфора се внася в хранителната среда под формата на соли на фосфорната к-на, а К и Na по същия начин. Фосфора, К,Ca, Mg, Na и S са структурни елементи на клетките и в същото време са части от ензимни си-ми. Към хранителната среда се добавят и растежни фактори (витамини, аминокиселини). В много от средите се използва универсален биостимулатор (дрождов екстракт, хидролизати, екстракти от водорасли и др.) Производствените хранителни среди обикновено се приготвят от естествени суровини, които са богати на орг. съединения или о-ци от редица производства, кото се дообогатяват с допълнителни източници на N, С, микро и макроелементи и др. За производството на хранителни среди по важни суровини са: 1) меласа- тъмнокафява течност, която е страничен продукт от добиването на захар, който остава след отделянето на кристалите захар. Състава на меласата се променя в широки граници, дори и при нейното съхранение, поради което се налага да се извършва непрекъснат контрол на състава. Меласата може да се използва при производстово на аминокиселини, орг. к-ни, фуражни дрожди, етанол и др. 2) млечна суроватка- получава се като вторичен продукт при млечната промишленост и е богата на витамини, свободни аминокиселини и орг. к-ни. Тя се използва при производството на витамини, ензими, етанол и др. 3) спиртна шлемпа- получава се като отпадъчен продукт при производството на етанол от трастикова и цвеклова меласа. 4) брашна и трици от различни житни растения- пшенично, царевично и соево брашно, нишесте и др. 5) царевичен екстракт - като отпадъчен продукт при производството на нишесте от царевица. 6) хидрол- като отпадъчен продукт, при производството на глюкоза от нишесте. Представлява тъмнокафяв гъст сироп, съдържащ до 50% ферментируеми захари. 7) хидролизати от дървесина и др. целулозосъдържащи материали ( слънчогледови стебла, слама и др.). Използват се предимно при производството на фуражни дрожди. 8) цвеклови пресовки- отпадък от цвеклопреработващата промишленост. 9) сулфитни луги- отпадък от целулозно- хартиената промишленост, съдържащи около 50% захари и 50% лигнин-сулфитен комплекс. 10) малцови коренчета- отпадък от пивопроизводството.
Тема 24: При подходящи условия за развитие и подходяща хранителна среда в клетките на микробната култура започват обменни п-си на в-вата с обкръжаващата среда, при което протичат 2 п-са: дисимилация (става разграждане на в-вата постъпващи от външна среда и отделяне на енергия) и асимилация(образуват се вътреклетъчни в-ва, при което се поглъща енергия). Асимилационните п-си са в превес над дисимилационните, при което се наблюдава растеж на клетките и достигане до подходящ размер за размножаване. При биотехнологичните производства основен въпрос е този на стерилизацията на хранителните среди. Има 2 метода на стерилизация: 1) периодична стерилизация,която протича в самия биореактор, при периодично култивиране на Mi в апарати с малък обем. За 1 час и при t=1300С първо се стерилизира празния биореактор. След това се внася хранителната среда и се нагрява директно с пара, която се подава първо във вътрешността на биореактора, а след това се нагрява и самият му кожух. Този вид стерилизация е нискоефективен и при него може да се получи прегряване на хранителната среда, опираща в стените на биореактора, при което се влошават нейните качества. Предвид тези недостатъци се предпочита другия вид на стерилизация, а именно непрекъснатата стерилизация. 2) непрекъсната стерилизация- при нея хранителната среда се подгрява в смесител,след което се подава с помпа в съоръжението за стерилизация. Този смесител се състои от 3 секции- нагревател, задържател и охладител. За стерилизация тук се използват по високи t-ри. При проведане на биотехнологични п-си с наличие на аеробни Mi трябва да се използва и стерилен в/х. Има няколко известни метода за пречистване и стерилизация на в/ха, които се основават на 2 принципа: 1- унищожаване и механично отделяне на наличните Mi във в/ха. В практиката се използва най- често филтриране н а в/ха през мембранни филтри, влакнести и порьoзни прегради. Филтруването става на 2 етапа, а именно: грубо пречистване на в/ха през стъкло- влакнести материали; окончателна стерилизация чрез използването на индивидуални мембранни филтри поставени пред всеки биореактор. Много важен етап също при биотехнологичните производства е получаването на посевен материал (инокулум). Качеството на крайния продукт в технологичния п-с зависи точно от качеството на този посевен материал. Посевният материал трябва да отговаря на някои изисквания: да има активно развитие; да бъде в оптимална възраст; да има свръхпродукция на целевия продукт; да отоговаря на морфологичните изисквания; да не съдържа странична микрофлора; посевният материал се приготвя многоетапно и за целта са необходими: изходен щам- продуцент; развитие на клетките в/у наклонена среда (агар-агар в епруветка); спорова регенерация в/у твърда среда или вегетативна такава в/у течна хранителна среда. Зависи от вида на Mi; инокулатор- стъклена колба с по- голям размер; посевен апарат; работен биореактор./ Посевният материал обикновено е до 10% от обема на производствената хранителна среда. Има няколко метода за осъществяване на култивирането: повърхностен метод- използва се твърда рохкава хранителна среда с влажност 65% или течна хранителна среда разлята в тънък слой от 2-20cm. Така се култивират само аеробни Mi, изискващи преинудително аериране чрез преминаване на в/х над растящата култутра. Аерирането осигурява растеж на клетките, служи за частично отвеждане на топлина и за отделяне на газообразни продукти. Има 2 фази, в които протича повърхностното култивиране: 1-фаза: клетките набухват (бухни от кеф- кроасани ,,Bravo'') за период oт10-12h; 2-фаза- клетките се развиват активно и усвояват интензивно хранителните в-ва с отделяне на топлина за период от 12-40h. Във втората фаза е нужно много по- интензивно аериране в сравнение с първата. При натрупване в камерата на необходимото количество биопродукт се подава сух, загрят до 400С в/х, чрез който културата се изсушава и това улеснява по- нататъшната й обработка. Предимство на този метод е че се работи с неразредени културни среди и с малки обеми, което облекчава по- нататъшното извличане на продукта. Пести се също и енергия, поради работата с по- просто апаратурно оформление. Но при това култивиране имаме необходимост от по- голяма производствена площ и по- трудно контролиране на производствените параметри, а от там и по- трудно автоматизиране на п-са. Твърдофазово култивиране на Mi- използват се твърди рохкави хранителни среди с влажност от 55-65%. През посятата хранителна среда се продухва в/х за аериране, прилагаме и механично разбъркване. Затруднение тук има при хомогенизацията на средата и контролирането на нейните физикохим. показатели- t, рН, влажност. Този вид култивиране се използва само за биоконверсия на растителни о-ци за получаване на фуражни протеини. Дълбочинно култивиране - използва се течна хранителна среда, в която са суспендирани Mi-те. Методът е приложим за аеробни и анаеробни Mi. Метода позволява да се работи на малка производстена площ като се изключи ръчния труд и се регулират автоматично физикохим. показатели на хранителната среда. Тук се използват по- пълно хранителните в-ва в средата, количеството на о-ците е намалено и се получава по- висококачествен продукт с висока специфична активност. Недостатък е че се работи с големи по обем течности, културалната среда е разредена и за извличане на биологично активното в-во се изразходва голямо количество енергия. Този метод се използва в промишлеността за получаване на антибиотици, ензими, аминокиселини, орг. к-ни и др.
Тема 25: Периодичното култивиране е п-с по време на който не се добавят хранителни в-ва, нито се отнемат от културалната среда, т.е. на лице е затворена си-ма. Хранителната среда се поставя в биореактора, добавя се посевния материла и п-са протича до натрупване на определено количество биомаса и целеви продукт. При п-са се променя състава на хранителната среда, като се намаля концентрацията на хранителните в-ва, а се увеличава тази на метаболитите. Също се променя скоростта на развитие на клетките и тяхната морфология, както и физиологията на културата. Недостатък обаче е промяната в условията на култивиране, водещи до затруднен контрол и регулиране на параметрите на п-са. Има няколко фази на развитите на Mi при периодичното култивиране. 1 фаза- лагфаза- в нея Mi се приспособяват към средата и това продължава няколко часа или това е времето за адаптиране на клетките. В тази фаза се увеличава единствено количеството на нуклеиновите к-ни, необходимо за синтеза на белтъците. Числеността на Mi не се увеличава. 2-фаза- фаза на положително ускорение на развитите. При достигане на определено съотношение м/у повърхността на клетката и нейния обем тя започва да се дели, в резултат на което числеността на популацията бавно се увеличава; 3- фаза- екзпоненциална- характеризира се с интензивно размножаване на клетките и максимално развитие на микробната маса. Броя на Mi нараства в геометрична прогресия по експоненциален закон. Периода на тази фаза е кратък, поради това че хранителните в-ва намаляват, а в някои случаи получените продукти могат да инхибират растежа на Mi. 4 -фаза- на забавено развитие; 5- фаза- стационарна- при коато имаме равновесие м/у жизненоспособните и загиналите клетки, при което количеството на биомасата не се променя. 6-фаза- на отмиране- в периодична затворена си-ма тази фаза настъпва бързо, поради бързото изчерпване на хранителните в-ва в средата. При тази фаза Mi се размножават много слабо или въобще не се размножават. Фазата на отмиране е продължителен п-с и може да бъде дълга до няколко месеца, до пълно унищожаване на Mi. Показател за растежа на Mi е скоростта на нарастване, която се дава с у-ето: U= dx/dt= x1-xo/t1-to, където хо и х1- са началната и моментна конц. на биомасата и съответно t- времето за натрупването на биомасата. Този параметър не е много реален и затова по- често се използва специфичната скорост на развитие на Mi: μ=U/x=(dx/dt).(1/x) → μ= (dx/dt).(d.ln.x)/dx=dlnx/dt или средната специфична скорост ще се изрази със следната ф-ла: μср=(lnx1- lnx0)/(t1-t0) или μср=2,3.(lgx1- lgx0)/(t1-t0)
Тема 26: Съществено влияние в/у скоростта на развитие U= dx/dt= x1-xo/t1-to оказва конц. на субстрата (S) или μ= μ max.S/(Ks+S), където Ks- e коефициент на насищане; Ks=S при 1/2 от μmax. Това влияние на субстрата в/у скоростта на ензимната реакция се описва именно чрез това у-е на Моно и може да се изрази и чрез графична зависимост. Ks изразява сродството на Mi към субстрата, а у-ето на Моно е аналогично на това на Михаелис- Ментен, отнасящо се за ензимни реакции. Това сходство е в резултат на това че взаимодействието на субстратите с Mi се осъществява чрез ензимни си-ми намиращи се в Mi-те. Реципрочната стойност на у-ето на Моно ни дава у-е на права, която можем да изразим графически: 1/μ= (Ks+S)/μ max.S= Ks/μ max.1/S+1/μ max;
Другия параметър, който оказва влияние в/у добива на биомасата е икономическия коефициернт: Y=dx/ds=x1-x0/So-S1
Teмa 27: Непрекъснатото култивиране на Mi представлява отворена си-ма, при която се подава непрекъснато свежа хранителна среда, докато обема на културалната среда се поддържа един и същ чрез непрекъснато отливане от нея. Тук много важно условие е да се регулира точно скоростта на приток и отливане на течност, така че концентрацията на клетките да бъде постоянна. При този метод клетките се поддържат дълго време във физиологично активно състояние и затова то е за предпочитане пред периодичното култивиране. Параметри даващи ни предства за култивирането това са: D- скорост на ензимна реакция U=( μ-D).X и скорост на разреждане: D= F/V, където: V-обем на апарата; F-скорост на постъпване на свежа хранителна среда; В случая имаме 3 варианта, при които: μ =D→не се изменя конц. на клетките, си-мата е в равновесие и апарата работи при стабилен режим; μ>D→нараства количеството на биомасата в апарата и така се натрупва голямо количество от нея; μ500C. Най- разпространена е втората група. Температурата оказва и влияние в/у образуването на продуктите. Оптимума на образуване на продукта и оптимума на развитие на клетките в повечето случаи не съвпадат, затова трябва дасе определи температурния оптимум поотделно. Температурата оказва влияние и в/у молекулната дифузия на субстрата и продукта. При нарастване на t се увеличава и скоростта на молекулна дифузия. Следващ фактор 2) конц. на водородни катиони - развитието на Mi и образуването на метаболити се влияе и от рН на средата. Повечето от Mi функционират при рН>3, дрождите при рН=3-6, Ва при рН=4-8 и плесените при рН=3-7. При биосинтезите е наложителен строгия контрол в/у рН, като в повечето случаи това става автоматично чрез рН-електроди, а поддържането на постоянното ниво на рН се извършва чрез специални буферни р-ри. При някои биосинтези се получават орг. к-ни като продукт, които снижават рН-то на културалната среда. Това изисква добавяне отвън на основа, като количеството й ни дава информация за растежа и образуването на културата. При биосинтеза на ензими е наложително спазването на строго оптимално рН на средата, в противен случай съответния ензим може да се редуцира от Mi-те. рН-то оказва влияние и в/у морфологията на Mi-те. Например при култивирането на мицелните гъби се образуват нишки, които при рН=6 са тънки, а при рН=7 са удебелени. 3) аерация на растящата култура- прави се за снабдяване на Mi с достатъчно количество О2 необходим за растежа и развитието. Чрез аерирането се отделят газообразните продукти получени при метаболитните п-си. При дълбочинното култивиране снабдяването с О2 на Mi става в 2 етапа: 1- разтваряне на О2 в хранителната среда; 2- използване на О2 от Mi; Може да настъпи кислороден дефицит, когато скоростта на усвояване на О2 ot kletkite e po- golqma от скоростта на разтваряне или трябва да имаме по- голяма скорост на разтваряне в сравнение с тази на усвояване. Аерирането става чрез специални аериращи приспособления наречени барботьори, чрез които освен това става разбъркване на културалната среда.
Тема 28: Голяма част от Mi умират при попадане на токсични замърсители във водоемите, но друга част много добре се приспособяват и продължават да преживяват благодарение на ензимните си-ми, които разграждат тези токсични в-ва. Този п-с е един вид самопречистване. След това раграждане на токсичните в-ва от ензимните си-ми настъпва така нареченото микробиологично самопречистване на откритите водоеми, т.е. намалява броя на приспособилите се Mi, защото са се изчерпали хранителната способност на тази среда. При микробиологичното пречистване се увеличава и броя на първаците, които се хранят с Ва. Химичната структура на тези орг. в-ва оказва влияние в/у тяхното разграждане. Лесноразградими са алкохолите, захарите, нискомолекулните белтъци и др., а по- бавно се разграждат целулозата, хемицелулозата, мазнините, лигнина и др. Най- трудно разградими са нефта и неговите производни. Биотехнологичното пречистване на ОВ-и се осъществява по 2 начина: чрез аеробно разграждане в екстензивни и интензивни си-ми; и чрез анаеробно разграждане на орг. замърсители в метанови биореактори. Биохимичното аеробно пречистване отстранява голям брой замърсители, има ниски експлоатационни разходи, има опростена апаратура и използваните Mi се адаптират лесно към промяната на коцентрацията и природата на орг. замърсители. Пълния цикъл на аеробното пречистване на ОВ се състои от 3 етапа: 1) механична обработка - утаяване; 2) аеробно разграждане на неутаилите се замърсители чрез Mi; 3) разграждане в анаеробни условия чрез метанова ферментация. При екстензивните методи ( окисление в биологични езера- отточни или неотточни каскадни езера) не се изисква отглеждане на Mi, а интензивните методи се използват Mi, които да ускорят п-са на разграждане на орг. замърсители. При неотточните езера водите се разреждат и пречиствнето се извършва от хетеротрофни Ва, които разграждат орг. съединения до СО2, Н2О и NH3, които пък от своя страна биват използвани от водораслите. Водораслите пък при своята фотосинтеза отделят кислород, който е необходим за аеробните Ва. Времето на престой на водите в биологичното езеро е докато настъпи автолиза, т.е. самоизяждане на Mi. на дъното на езерото се натрупва утайка, което налага периодичното й отстраняване, след това езерото се източва и се запълва наново със замърсени води. Каскадните биологични езера се конструират в/у наклонен терен и нямаме предварително разреждане на замърсените води- те преминават през 4-5 малки басейна, които са разделени с прегради. Преминавайки от един басейн в друг водите се аерират и след като напуснат и последния басейн те имат достатъчна степен на чистота. Предимства на тези биологични езера са че не е нужна механизация, добре се пречистват в тях нефтопродукти и феноли и получените води са добре аерирани. Недостатък е обаче ниската скорост на протичане на п-са, а също така и това че п-са е неуправляем и за провеждането му са необходими големи площи.
Тема 29: Биотехнологичното пречистване на ОВ-и се осъществява по 2 начина: чрез аеробно разграждане в екстензивни и интензивни си-ми; и чрез анаеробно разграждане на орг. замърсители в метанови биореактори. Към интензивните методи за пречиствнае на води се причислява аеробното пречистване, при което се използва активна тиня или биофилм. Образуването на биоценозите епродължителен п-с, който продължава и в хода на пречистване на водите. Има 2 категории интензивни методи, а именно пречистване в аератори и пречистване в биофилтри. Пречистване в аератори- аератора предтсавлява отворен резервоар, през който се пропускат водите за пречистване, които се инокулират с активна тиня, т.е. това е п-са на посяване. По време на целия п-с се прави принудителна аерация с в/х под налягане. АУ представлява тъмночервени до кафяви флокули, които съдържат 70% живи Mi ( предимно Ва) и 30% твърди неорг. частици. Mi-те адхезирани в/у твърдите частици образуват зооглеи. Ва-те в въстава на тинята са предимно хетеротрофни и разграждат мастни к-ни, аромтни въглеводороди, нормални парафини има др. вид Ва, които са с висок % и това са протеолитичните, които разграждат протеините (белтъчините) до аминокиселини. В АУ се включват още нитритни Ва, които окисляват NH3 до нитрити; нитратни Ва- превръщащи нитритите в нитрати; денитрифициращи Ва- превръщащи чрез редукция нитратите до NH3; сулфатно дишащи Ва в ОВ с високо съдържание на неорг. в-ва- разграждат сулфатите; железни Ва- окисляващи железни йони. Другите видове Mi в АУ са дрожди, актиномицети, плесени и гъби, зелени и синьозелени водорасли, първаци. Първаците играят много важна роля при образуването на съвкупност от клетки и тези Mi са 5% от общата биомаса. Те не участват директно в разграждането на орг. замърсители, хранят се с някои видове Ва като по този начин отстраняват слабите форми на този вид и улесняват размножаването на др. видове Ва или първаците спомагат за обновяването на жизненоактивни бактериални клетки. При пречистването на ОВ в аератори от значение са фактори като: 1)t, 2)рН; 3) конц. на биогенни елементи; 4) степен ана аерация; 5) количество и възраст на АУ- обикновено количеството й е от 2-4 g/l като за предпочитане е тя да е млада, защото е по- рехава, с по- дребни флокули, по- малко съдържание на първаци и в резултат на това увеличена скорост на разграждане на орг. замърсители. Пречистване ОВ в биофилтри- на тази основа работят около 70% от пречиствателните съоръжения в Европа и Америка. Биофилтрите са големи, цилиндрични съдове, изградени от различен материал ( предимно железобетон) с диаметър 5-50m. Над дъното на съоръжението има конструирани метални скари в/у които е насипан инертен материал с големина на частиците 4-6cm. В наши дни като такъв носител се използва пластмасов пълнител с висока порьозност осигуряващ оптимална специфична повърхност и олеснена аерация. Предимството им е че те са по- леки, което позволява да се строят по- високи биофилтри. В/у този носител биодеградираликте организми адхезират и образуват желатинообразен биофилм като по този начин те са в неподвижно състояние. Това е основната разлика м/у биофилма и АУ в аераторите, тъй като при нея те са в подвижно състояние. Или още биофилма представлява съвкупност от имобилизирани клетки, не монокултура, а поликултура. Образуването на биофилма е бавен п-с, който трае от 15-30 денонощия като задължително условие е за образуване на оптимални количество и състав биоценози, разграждащи орг. съединения, е предварително разреждане на обработваните води с вече пречистени. Това позволява приспособяване на биодеградиралите Mi и в резултат на това те да започнат да разлагат орг. замърсители във ОВ като синтезират хидролази. Постепенно биофилма нараства като се счита че оптималната му височина е 2-2,5cm. Ако филма е по- висок имаме затруднен достъп на кислород във вътрешните слоеве. Растежа на биофилма е ограничен и от смиващото действие на водния поток и от ларви на насекоми и червеи. Организмите, които биодеградират ( биодеграденти) и адхезират в/у биофилма са по- разнообразни в сравнение с тези в АУ. Тези организми образуващи биофилма и рзграждащи орг. в-ва са 1) Ва- подобни са на тези в аераторите, като най- вече преобладават хетеротрофните. Те растат активно в горните слоеве на биофилма, който е богато снабден на кислород. При наличе в ОВ на феноли активно се развиват и Pseudomonas actinomyces spp. В по-дълбоките слоеве на биофилма се развиват и автотрофни Ва- нитратни и нитрозни; 2) плесенни гъби- които са характерни за биофилма. Те са повече на брой и по- разнообразни по състав от Ва. Различните видове се развиват в определени зони и при много голямо развитие могат да затруднят аерацията и това да доведе дори до задръстване на биофилтъра. Това е нежелан ефект, тъй като ще доведе до прекъсване на работата на биофилтъра, а това от своя страна изисква при ново пускане формирането на нов биофилм, коеото е много бавен п-с. 3) микроскопични водорасли- най- много са синьозелените. 4) други организми, които имат участие са земните червеи, насекомите, протозои и др. Биофилтъра има редица предимства при пречистването на ОВ, в сравнение с аераторите. Това са икономическата изгодност, по- пълното разграждане, по- подходящ за пречистване на промишлени ОВ-и съдържащи големи конц. от токсични съединения, предимно нефтопродукти и феноли. Но като всички съоръжения и те имат своите недостатъци, а именно: при високо съдържание на орг. замърсители може да се запуши биофилтъра, а това налага предварително разреждане на ОВ с вече пречистени води, което от своя страна води до намалена обща ефективност; затруднена е аерацията при висок растеж на Mi в/у биофилма, което може да доведе до неговото запушване. За да се избегне този нежелан п-с се прилага обратна циркулация, филтруване през 2 биофилтъра или пулсиращо подаване на ОВ. При биологичното пречистване на ОВ основните насоки за интензифициране на методите са: оптимално аериране, ускоряване на разграждащите п-си с екзоензимите на зооглеите, когато работим с биофилтри, увеличена конц. на АУ в аераторите; активиране на АУ и подобрено апаратурно оформление.
Тема 30: Компостирането е метод, който с еприлага за отстраняване и оползотворяване на големи количества о-ци съдържащи орг. съединения и натрупани на едно място. Тези о-ци могат да бъдат растителна биомаса като отпадък от мебелната, ХВП, целулозно- хартиената, растениевъдството и др. О-ците могат да бъдат още: твърда фекална маса от животновъдни ферми; твърди сметещни о-ци и отработена АУ. Компостирането представлява п-с на биологично окисление, при който високомолекулните орг. в-ва се разграждат аеробно чрез смесени култури от Mi и в резултат на това се получава хумофициран продукт ( компост) богат на микроелементи, който може да се използва като орг. тор с широко приложение и като добавка за храна на животни. Този п-с се осъществява при t=60-800С и е автокаталитичен. Ако t е над 800С част от Mi загиват и скоростта на п-са се забавя. Доставя се в/х, който има за цел да подобри хим. състав на материалите, така че съотношението м/у N, C и Р да бъде: 100:50:1, като това гарантира протичането на п-сите на хумификация. Чрез хумификацията се получава продукт, който съдържа голям % азот, азотни съединение, фосфор и много микроелементи като Cu и др., което го прави ценен като тор. Организмите биодеграденти условно може да ги разделим на представители на микрофлората, микрофауната и макрофауната. Тези на микрофлората са Ва с голямо видово разнообразие ( и с различна форма- коковидна, пръчковидна и др. без спираловидни Ва), актиномицети- участват над 30 вида и не са конкурентни с Ва-те в първата фаза на п-са (те се увеличават в следващите фази 3 и 4, когато t на компостиране се повишава, а влажността намалява), плесенни гъби-около 50 вида образуващи силно разклонен мицел с различна дължина, разграждащи целулозата, хемицелулозата ( при t над 550С почти всички видове загиват), дрожди- около 70 вида и преобладват тези с леко удължена и яйцевидна дорма, микроскопични водорасли, които предпочитат влагата. Като представители на микрофауната се явяват протозоите, които са едноклетъчни организми и се хранят с Ва, други протозои и водорасли. Но определени видове протозои консумират само определени видове Mi и повечето Ва, актиномицети и дрожди не се изяждат, или се счита че те влияят в/у числеността на микробиланите популации. При неблагоприятни условия ( висока t, ниска влажност- в термофилната фаза) те образуват цисти и така преживяват дълго време. Представители на макрофауната са различните почвени животни като те играят роля в третата фаза на п-са (охлаждане). Тези животни се хранят с различни орг. остатъци и с други животински видове при благоприятни условия (добра аерация, влага и t=7-270С). Най- голямо значение за протичането на компостирането до край имат кърлежите, многоножките и др. При п-са компостиране имаме различни фази в зависимост от изменението на t. Фазите са: 1) мезофилна- в началото на компостирането t на п-са е съизмерима с тази на ОС, а рН е в слабокиселата област. Мезофилните организми започват да се размножават като техни представители са: Ва, актиномицети, дрожди и плесенни гъби. При разграждането на орг. съединения топлината не се отделя в ОС, а голяма част от нея се натрупва във вътрешността на компостираните купчини, в резултат на което t започва бързо да се увеличава и достига до 400С. В тази фаза първо се усвояват простите орг. съединения и се образуват орг. к-ни водещи до слабо подкисляване на средата, а полимерите не се променят като количество и състав. Тук също се разграждат по- простите, а в края на фазата по- сложните азотсъдържащи съединения благодарение на амонифицираците Ва, някои плесени и актиномицети. Като междинен продукт се натрупва пикочна к-на и карбамид,които после се разграждат до амоняк, вода и въглероден диоксид, при което средата се алкализира до рН=8-9. Температурата в компостираните купчини продължава да нараства като мезофилните форми измират и се заместват от термотолерантни организми, които растат и осъществяват биоразграждане до t=600С. 2) термофилна- термотолерантните микроорганизми се заместват от термофилни Ва, актиномицети и дрожди. Температурата в компостирания материал продължава да нараства до t=60-700С, а в някои случаи и до 80-850С. В тази фаза продължава бавно и дейността на амонифициращите Ва, а стойностите на рН се запазват в алкалната област- 8-9. В тази фаза имаме по- ниска скорост на п-сите на биоразграждане и това е така поради по- високата устойчивост на полимерите, имаме намалена скорост на топлоотделяне като тя се изравнява със скоростта на загуба на топлина в резултат на което t не се променя за 5 -10 денонощия. 3) фаза на охлаждане- в целия обем на компостирания материал се разпространяват термотолерантни плесенни гъби и заедно с актиномицетите разграждат най- устойчивите полимери: полизахариди, целулоза и хемицелулоза, като ги разрушават до монозахариди, които се консумират от Mi. Имаме много ниска скорост на отделяне на топлина в резултат на което t се понижава до тази на ОС. П-са на амонификация продължава слабо и средата става слабоалкална - рН=8. Тези първи 3 фази протичат сравнително бързо за няколко дни или седмици. 4) фаза на зреене- най- продължителната, протича няколко месеца. В тази фаза имаме малка загуба на маса и малко отделяне на топлина, образуват се хуминови к-ни от взаимодействието на лигниновите остатъци и белтъците на загниващите Mi. В компостът не протичат анаеробни п-си и рН остава слабоалкално. Характерно за тази фаза е че в средата се натрупват големи количества антибиотични в-ва, след което Mi лизират. Във формирането на готовия компост значителна роля играят и почвените организми.
Тема 31: При преработка на отпадъчни продукти към аеробните п-си се отнася и дълбочинното култивиране на Mi. В среди съдържащи отпадъчни материали от различни производства. Като караен продукт се получава микробиална биомаса, която може да се използва като белтъчновитаминна добавка към фуражите за селскостопански животни. Като такъв се използва метода на дълбочинно култивиране на фуражни дрожди, който е най- перспективен. Този метод е най- ефективен при съдържание в отпадните продукти на орг. съединения над 10kg/m3 и получаване от тях на 5-10t/денонощие суха биомаса. Има няколко етапа за получаване на фуражни дрожди: 1) подготовка на изходна суровина; 2) култивиране на производствени щамове; 3) отделяне на биомасата от културалната среда; 4) концентриране; 5) сушене; 6) разфасоване; 7) опаковане на готовия продукт. След приключване на ферментационния п-с става сепариране на дрождевите клетки от културалната среда чрез центрофугиране, при което се концентрира биомасата 4-5 пъти. После тя се промива 2 пъти с вода за отстраняване на соли, остатъчни захари и др. После биомасата се суши до съдържание на сухо в-во 30-40%, след което тя се разфасова и опакова. Полученият продукт служи за бърза употреба, поради ниската му трайност. При използване на разпрашителни сушилни с t= 200 0С съдържанието на влагата намалява до 6% и тези продукти са с голям срок на годност. Преди разфасовка тук се добавят и стабилизатори- пшенични трици, царевично брашно и др. Подбора на производствени щамове- продуценти на белтък за фуражни цели става по показателите съдържание на белтък, аминокиселини и витамини в биомасата, добив на биомаса и усвоимост на белтъка. Използват се селекционирани щамове дрожди от рода кандида трихоспором и др. като подбора на култура зависи основно от природата на въглеродния източник в хранителната среда. Изискват се различни условия за ферментация на орг. съединения, а именно: 1) степен на аериране- използва се 0,8kg кислород за получаване на 1kg сухи дрожди, а работната аерация за 1m3 културална течност е от 70-110m3 в/х. 2) температура на култивиране - при 37-40 0С културата расте с висока скорост, а при по висока t се намаляват добивите на биомаса и белтъчно съдържание в нея. 3) хранителни среди- конц. на хранителните в-ва в тях трябва да е около 1,5% и за всеки щам се избира оптимално съотношение на С-N. Амониевите соли са източник на азот за дрождите, като само някои видове усвояват нитрати. Фосфатите, фосфорната к-на и суперфосфатите от др. страна са източници на фосфор. 4) продължителност на ферментация- в продължение на няколко седмици по непрекъснат метод на дълбочинно култивиране на продуценти. Може да се използват различни видове хранителни среди за производството на фуражни дрожди. Такива могат да бъдат: 1) въглеводороди- дрождите усвояват най- бързо и лесно от ненаситените въглероди ( нормални парафини) тези с С-10 до 17. Въглеводородите с С=6-9 са токсични. Благодарение на тази селективност за директното производство на дрождева биомаса като суровина служи газиола като при това се повишава качеството на получаваното от него гориво при отстраняване на парафините. За асимилиране на парафините най- голяма роля играят дрождите от род Candida, които окисляват въглеводородите в клетките до мастна к-на. Значение за п-са има и аерацията като тук се използва 2,6 пъти повече кислород в сравнение с използването при въглехидратите, което пък води до по- голямо топлоотделяне и по- високи разходи за охлаждане. Парафините не съдържат макро и микро елементи и за целта се внася амониев сулфат, суперфосфат и KCl и отделно се добавят р-ри на микроелементи. При окислението на парафините се отделят големи количества мастни к-ни, снижаващи рН на средата, което налага използването на буфер- амонячна вода. Оптималната t за ферментационния п-с е 32-340С. 2) млечна суроватка- при нея не се извличат предварително белтъците и за продуценти се използват дрожди продуциращи ензима галактозидаза. Именно те се култивират в такива хранителни среди съдържащи млечна суроватка. Културалната среда след ферментация се обработва по 2 начина: 1- културалната среда се сепарира и се получават дрождева биомаса и високо белтъчна фракция; 2- културалната среда не се сепарира, а се подлага на разпрашително сушене и се получават продукти съдържащи 80% белтъци. 3) спиртна шлемпа- тя се отделя при спиртопроизводството и се усщоява в значителна степен от дрождите от род Candida. 4) други хранителни среди- течен оборски тор, който служи за получаване на фуражни дрожди с 50%-но съдържание на белтъчно в-во; растителни хидролизати и сулфитни луги- растителните хидролизати са от отпадна растителна маса и представляват субстрат съдържащ глюкоза и алдопентози, (рибоза и др.), разграждащи се лесно. Сулфитните луги са отпадък при целулозно-хартиеното производство и съдържат ферментируеми захари, които се усвояват лесно. При тях по- трудно се усвояват лигнинсулфонатите, но при химична или физична обработка техното усвояване може да се подобри, както и чрез сулфатредуциращи Ва от род Pseudomonas и дрожди. Микробиланата маса, която се получава съдържа около 46-56% белтък. Род Candida се произвеждат в гр. Плевен и гр. Разлог като за изходна суровина се използват дървесни хидролизати. В гр. Плевен хидролизатите се обогатяват с 10%-на спиртна шлемпа.
Тема 32: Чрез анаеробна преработка отпадъчните продукти могат се превърнат в метанол, етанол, метан с помощта на Mi, като това е начин за получаване на допълнителни енергийни източници. Горивният етанол може да се произведе по химичен и микробиолог. път. При първия начин се получава от прероден газ, нефт или етен чрез хидролиза в присъствие на катализатори. По микробиолог. път се получава чрез Mi - Saccharomyces и е вторичен продукт при ферментирането на захари в анаеробни условия. Понастоящем големи количества горивен спирт се получават от изходен продукт- целулозни отпадъчни материали. Целулозата се декарбоксилира в анаеробни условия до ацеталдехид. При недостиг на кислород ацеталдехида се редуцира до етанол. Ензима, който катализира разграждането на глюкозата е фосфофруктокиназата. Производството на горивен спирт се осъществява в следната последователност: 1- подготовка на изходните суровини; 2- приготвяне на хранителните сред; 3- посяване на специално селекционирани щамове; 4- ферментация чрез дълбочинно култивиране в анаеробни условия; 5- отделяне на синтезирания етанол от културалната течност чрез дестилация с водна пара под налягане. Получава се 96%-ен етанол. 6- обезводняване на получения етанол; 7- денатуриране на 96%-ния етанол, т.е. получаване на спирт за горенел; 8- разливане на горивния спирт, опаковане и съхраняване. За получаването на горивен спирт могат да се използват различни изходни суровини: млечна суроватка-обработва се предварително като от нея се отделят млечните белтъци чрез ултрафилтрация; целулозосъдържащи суровини- те са най- евтини и са от мебелната промишленост, целулозно хартиената, растениевъдството и горското стопанство. Целулозата също се обработва предварително като се хидролизира чрез ензими или к-на до получаване на глюкоза. От тази глюкоза чрез Mi се произвежда горивния етанол; захарна тръстика, цвекло и меласа- при получаването на захар от захарна тръстика полученият сок се използва за получаване на кристална захар, а тръстиковата меласа след ферментация за получаване на горивен спирт. У нас се използва цвеклова меласа; царевица, пшеница и нискокачествени картофи непригодни за хранителни цели- от тези продукти се получават големи количества нишесте, което се подлага на хидролиза до получаване на олигодекстрини и служи за производството на етанол. Хранителните среди трябва да съдържат лесно ферментируеми захари. Mi усвояват лесно пентозите, както и дизахаридите ( захароза, лактоза и малтоза), най- трудно се усвояват декстрините. Към продуцентите на етанол има някои изисквания, като такива са: при големи изходни количества на захарите те да растат нормално и да превръщат изходните суровини в етанол; да са устойчиви на високи крайни конц. на етанол достигащи 12-14%; да са термотолерантни и да издържат на по- високи теператури при култивиране; да осъществяват бърза трансформация на въглеродните източници в хранителната среда; в карая на ферментацията да образуват минимални количества странични продукти (висши алкохоли, глицерол и др). Чувствителността на Mi към различни видове инхибитори оказва влияние в/у добива на етанол. Най- основен инхибитор е продукта на ферментация- етанола. Някои Mi са чувствителни дори при съдържание на етанол 2%. По- перспективни технологии са тези с имобилизирани микробни клетки като за имобилизация се използват алуминиев трихидрооксид, полимерни гелове, пореста керамика, алгинати и др. Имобилизирането води до увеличаване конц. на Mi в биореактора, водещи от своя страна до увеличен добив на етанол. Имобилизираните клетки са по- стабилни в сравнение със вободните по отношение инхибирането от етанол. Ферментацията протича при оптимално рН= 4-5 и оптимална t=25-330С, интензивна аерация и разбъркване независимо, че се осъществява при анаеробни условия. Ферментацията при производството на горивен етанол може да протече по различни начини: чрез непрекъснато култивиране; чрез полупрекъснато култивиране; при периодично култивиране без повторно използване на продуцентните клетки (дрождите); периодично култивиране с повторно използване на дрождите. След ферментацията съдържанието на етанол в културалната течност е 6-12% като то зависи от началната конц. на захарите, качествата на продуцентите и от технологичния режим. Чрез дестилация етанола се отделя от културалната течност като съдържанието на спирта в дестилата е 95%. За обезводняване на спирта се добавя бензен в съотношение 1:10. получава се азеотропна смес: вода- етанол- бензен, която кипи продължително време при t=64-840С като се отделя цялото количество вода. Оставащата азеотропна смес остава да кипи при t=680С и се отделя цялото количество бензен и по този начин в колоната остава само чистия етанол. За повишаване ефективността при производството на горивния спирт се използват имобилизирани клетки. Например клеткина Saccharomyces имобилизирани в/у алгенати работещи в продължение на 2 месеца и постояннно увеличаваща се конц. на глюкозата от 10-25% и на етанола до 25%. Друг начин за повишаване на ефективността е зиползването на специално селекционирани щамове, устойчиви на висока t и конц. на етанол. Най- ефективна е технологията при използване на лигнинцелулозните материали като изходен продукт, тъй като са от възобновими източници (дърветата).
Тема 33: приложение на спирта -ректификат, отдестилиран от културалната среда. Конц. му е 95% и се използва като автомобилно гориво заместващо бензина и дизела, но е по- екологично чисто. За целта обаче ДВГ трябва да са специално конструирани. Приложение на сместа от бензин и етанола- конц. на бензин е 10-20%, а етанола трябва да е обезводнен. Етанола може и да бъде и необезводнен ако към спирта ректификат се добавят висши алкохоли. Тук също се изисква специална конструкция на ДВГ. Техническия спирт също може да се използва като гориво, за приготвяне на храна, за осветление и отопление. Горивния спирт се употребява и като суровина за хим. синтези- получаване на смазочни масла, багрила, детергенти, пластификатори, като се използва в ролята на р-л. От него може да се синтези етилацетат, етилов етер, хлороформ. Може да се използва етанол и при приготвянето на козметични и лекарствени препарати. Отпадните продукти при производството на горивния спирт също могат да бъдат оползотворени, което води до намаляване на неговата себестойност. Продуктите, които могат да бъдат оползотворени са: СО2- получава се в еквивалентни количества на етанола като примесите в него са около 0,6%. Този продукт се използва за газиране на алкохолни и безалкохолни напитки, като сух лед- при изготвяне на пожарогазители и за охлаждане, и консервиране на хранителни продукти. СО2 се използва и при производството на содабикарбонат, карбамид, кристална захар и др.; Феноли, крезоли и фурфорол- използвани главно при хим. синтези. Фенола се използва при производството на салицилова к-на, аспирин, фенолформалдехидни смоли и др. Фурфорола се използва за синтез на тетрахидрофуран и фуранови смоли, и в нефтената промишленост за рафиниране на масла. Фузелово масло, което с смес от висши алкохоли (изобутилов, изоамилов, нормален пропилов), вода и незначителни количества орг. к-ни. Toва масло е страничен продукт от дестилацията на спирта и служи за получаване на пречистени висши алкохоли, които се използват като разтворители при производството на лакове и бои. Твърди остатъци от ферментация - при изходна суровина целулоза тв. остатък е хемицелулоза и се използва за получаване на ксилоза, а при изходна суровина пшеница и картофи твърдия остатък се използва в животновъдството. Производството на глицерол (3-валентен алкохол) става чрез дълбочинно анаеробно ферментиране на захари до етанол с помощта на Mi, главно дрожди от вид Saccharomyces. Глицерола се образува като страничен продукт и е в незначителни количества, но чрез подходяща ферментация могат да се синтезират и значителни количества от него. Тази промяна е в посока към натрупване на глицерол в културалната среда чрез отстраняване на ацеталдехида от си-мата. Това става по 2 метода: 1- ацеталдехида се свързва с натриевхидрогенсулфит до ацеталдехидхидроксисулфонат. В средата не се добавя директно натриевия хидрогенсулфит, а се добавя натриевсулфит (3-4%), който се превръща в него в присъствие на вода и СО2. Ферментационния п-с трае 2-3 денонощия и добива на глицерол спрямо вложения субстрат е 30%. 2- ацеталдехида се превръща в етанол и оцетна к-на в съотношение 1:1 и реакцията е известна като Каницарова реакция- рН на средата да е от 4,5-7,5 като алкализирането става чрез прибавяне на 5% натриев карбонат. По хим. път глицерола се получава чрез директен динтез от пропилен и чрез хидролиза на мазнини (осапунване). По индиректен хим. път се получава от растителни хидролизати съдържащи глюкоза и хидрирането им до глицерол. Глицерола се прилага най- вече при производството на взривни в-ва (три-нитроглицерол- до получаване на динамит). Използва се и за хим. синтези на синтетични смоли, като омекотител в текстилната, кожарската и хартиена промишленост, омекотител в спиртните напитки и хранителните продукти, като компонент при парфюмерийните козметични и фармацевтични препарати, при смазочните масла при машиностроенето и др.
Тема 34: Производство и състав на биогаза: каловият газ представлява именно този биогаз. Той е източник на енергия и се препоръчва за големи пречиствателни станци. Този биогаз се получава при анаеробно обработване на утайки и в по- малка степен при анаеробно пречистване на ОВ. В състава на биогаза влизат около 74% метан и СО2, като има следи и от Н2, H2S, NH3. Състава на утайката и условията при осъществяване на анаеробното разраждане определят състава на биогаза. В съотношение с в/ха 1:15 се получава взривоопасна смес и затова се ограничава приложението на биогаза в пречистването на води. От друга страна високото съдържание на метан в него го определя като един от най- значимите източници на енергия в съвременните технологии. Най- значимо е производството на биогаз в Китай, Кореа и Индия, а у нас в гр. Враца (1981г.) от изходен субстрат свинска тор. През 1982г. се произвежда и близо до Видин. Производството на биогаза е 3 стъпален п-с: 1- етап: полимерните орг. съединения се разграждат до алкохоли и мастни к-ни под въздействието на хидролитични (ацидогенни) Ва; 2- етап: получените продукти се превръщат в оцетна к-на чрез ацетогенни бактерии. 3-етап: солите на оцентаната к-на се използват като източници на въглерод и енергия и чрез метановите Ва се синтезират метан, СО2 и Н2. Хидролитичните Ва хидролизират макромолекулите до разтворими продукти, а следващия етап до нискомолекулни съединения. Макромолекулите са пектин, нишесте, хомо и хетерополизахариди, мазнини, различни масла и др. Крайните продукти са орг. к-ни- предимно оцетна, млечна и пропионова. Крайните продукти са още алкохоли и кетони (метанол, етанол, ацетон), пуринови бази и др. Хидролитичните Mi се характеризират с протеолитична (разкъсват белтъци), целулитична (разгражда целулоза) и липолитична (разграждат мазнини) активност. От тук правим извода, че роля играят ензими като протеинази, целулази, амилази и пектинази. Ацетогенните ва от своя страна превръщат получените в 1-вия етап орг. к-ни и алкохол до оцетна к-на, водород, въглероден диоксид, амоняк и сероводород като СО2 и Н2 са необходими за синтеза на метан в 3-тия етап, а оцетната к-на е под формата на ацетати и е въглероден източник за размножаване на метановите Ва. Метановите ва достигат своя пик на развитие в 3-тата фаза. В приордата те се срещат в блата и езера с гниеща растителност и пак е на лице синтез на метан. Използват се различни отпадъци за ферментацията и получаването на биогаз като: течен оборски тор, отпадъци от ХВП, твърди битови и промишлени о-ци и отпадна растителна биомаса от растениевъдството. Тези материали преди да се вложат в производство преминават през етапи на подготовка: 1- надробяват се чрез механично нарязване до оптимална дължина 2-4cm; 2- непълна хидролиза при растителни о-ци съдържащи повече целулоза. Хидролизата става чрез NaOH или HCl или целулитични ензими. 3- разреждане -за метановите Ва конц. на хранителните в-ва трябва да е около 10-12%. При използване на различни субстрати се появява и 4-ти етап, при който става смесване на субстратите, като се съблюдава оптимално съотношение м/у С и N2 -съдържащите компоненти. 16:1< (С:N2)<45:1, т.е. не трябва да имаме по- малко и по- голямо от това съотношение. В зависимост от преобладаващите ва имаме и различни изисквания за условията за протичане на ферментация. Метанообразуването протича в широк температурен интервал - 10-700С. При психрофилни Ва ферментацията е при 10-20 0С, при мезофилни- 20-400С. Като ферментацията протича за около 20 денонощия. За термофилните Ва t=40-650С, a продължителността 8-10 денонощия. Оптималното рН е 6,8-7,4 и се изисква добро разбъркване за хомогенизиране на хранителната среда. Биогаза (метан) е ценен източник на енергия в стационарни инсталации, а непречистения биогаз се използва за горене, отопление и осветление, като гориво за автомобили и трактори и за синтез на метанол.
Тема 5 в биосферата има 5 типа биологични полимери: полизахариди, полифеноли, полинуклеинови к-ни и др. Полизахаридите са биолог полимери и се образуват чрез анхидридно свързани на монозахариди или техни производни. Монозахаридите се свързват чрез глюкозидна връзка. Полизахаридите се делят на хееро и хомо. Хомополизахариди 1) целулоза- основна структурна единица при растенията. Молекулата се образува чрез линеино подреждане на D - глюкопиранозни остатъци, които са свързани чрез 1,4-бета глюкозидна връзка.

Тази връзка води до усукване на полимерната молекула и така повтарящич се елемент не е глюкозата, а дизахарида- целубиоза. Целубиозата има молекула от 3-14 хил глюкозидни остатъка. Полимерната верига е силно нагъната и се поддържа от водородни връзки. Молекулата притежава участъци с кристална и аморфна структура. 2) скорбяла - главен въглихидратен резерв за растенията и микроорган. Амилозата има разклонена верига образувана от глюкозни остатъци свързани чрез 1,4- алфа глюкозидна връзка и молекулата е спирално навита именно поради тези връзки. Амолопектина има разклоненна верига и тя се дължи на връзките по неината дължина, които са 1,6- алфа глюкозидни. 3) глюкоген - също въглехидратен резерв на организмите и има подобна структура с амилопектина, но разликата е че има по голяма разлконеност. 4) декстрани - те също са полимери на глюкозата които преобладават 1,6 - алфа глюкозидните връзки, но съдържа и разлконения с 1,2; 1,3 и 1,4 глюкозидни връзки. 4) инулин полимер на фруктозата и е резервен полизахарид, при някои растения с молекулна маса около 5000. 6) хемицелулоза- съдържа се в аморфната част на обвивката на растенията и се включва към хомополизахаридите, независимо че съдържа малък процент от други монозахариди и техни производни. Те са полимери на 2 мономерни звена: ксилоза и арабиноза, които спадат към групата на пентозите. 7) пектини - изгране са от остатъци на D- галактуроновата киселина Тя е повтарящ се мономер и е карбоксилно производно на глюкозата, при което CH2-OH групата е окислена в карбоксилна група COOH. Този полимер (пектина) е образуван от повтарянето на множество мономерни звена, а именно D-галактуроновата киселина. Хетерополизахариди - при тях се свързват различни мономерни звена. Интерес представляват тези намиращи се на повърхността на растителните, животинските и микробните клетки. Хетерополизахаридите участват в изграждането на клетъчната мембрана и се намират в кръвният серум и др. 1-хиалурова к-на: свързана е с белтъци и изгражда междуклетъчното в-во на съединителната тъкан при висшите животински организми. Изградена е от последователно редуване на 2 мономера, а именно галактуроновата к-на и ацетилглюкозамин: 2- хепарин: образуван е от редуващи се силно сулфонирана галактуронова к-на и глюкозамин: Галактуроновата к-на не се естерифицира със сярна к-на при втория въглероден атом, а се сулфонира втория мономер при аминогрупата и хидроксилната група на въглеродния атом на 1-во място. Карбоксилната и сулфо групата предават силно киселинни св-ва на полимера и благодарение на това хепарина се използва за подтискане на кръвосъсирването.
Въпрос 16 имобилизирания ензим може да се използва многократно в непрекъснат процес. Имобилизарания ензим е локализиран в определена облас и по точно физически ограничен в пространството - по този начин запазва каталитичните си св-ва. Фазата на ензима и носителя се нарича твърда фаза, а фазата на разтвора- свободен разтвор. Предимства на имобилизирания ензим: технологията, която се използва е евтина; ензима може да се използва в непрекъснат процес; ензима е отдлен от реакционната смес и това означава, че тои може да се използва многократно, защото лесно се отделя; и последното изискване на което отговаря имобилизирания ензим е че се осъществява по добра стабилизация и така се увеличава и полуживота на ензима. Активността на имобилирания ензим се изразява в микромолове и разграден субстрат за единица време отнесено към грам имобилизиран препарат:
Ако ензима е имобилизиран в/у мембраната то актовността се отнася за единица см2



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Биохимия лекции 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.