ADAMED ADAMED ADAMED ADAMED

BIO – transformacja

AKADEMIA - Wykłady i artykuły

Chemia pomaga człowiekowi w różnych aspektach jego życia. Znalazła także zastosowanie przy syntezie produktów potrzebnych w medycynie bądź w farmakologii. Jednym ze sposobów ich otrzymywania jest biotransformacja. Ma ona na celu wykorzystanie enzymów jako katalizatorów reakcji chemicznej. Polega głównie na przekształceniu wybranego fragmentu substratu w oczekiwany produkt. Pomysł biotransformacji jako reakcji chemicznej został zaczerpnięty z biokatalitycznych przemian mikroorganizmów.

Produkty jakie powstają podczas reakcji biotransformacji zazwyczaj nie wpływają na rozwój komórki. Często wykorzystywany jest naturalny aparat enzymatyczny niezależnie od jej woli. Przekształcanie przez komórkę związków najczęściej organicznych następuje przez podanie jej takich substancji jakie syntezuje w naturalnym procesie. Powoduje to, że biotransformacja jest reakcją wysoce specyficzną pod względem: kierunku, swoistości substratowej oraz stereospecyficzności. Biotechnolog musi zatem dokładnie zanalizować enzym, który posłuży mu do przeprowadzenia reakcji w zależności od głównego reagenta.

EKSPERYMENT

Główny problem, jaki został poruszony w pracy, to dowiedzenie stwierdzenia, że biotransformacja kwasów karboksylowych jest wysoce selektywna, pomimo niezmienności drugiego reagenta – 2-fenylo3-oksobutanianu.

Praca rozpoczęła się od przygotowania trzech reakcji chemicznych – estryfikacji (na ilustracji poniżej).
Reakcje nie są możliwe do przeprowadzenia w standardowych warunkach, ze względu na małą reaktywność substratów. Dodanie 4 różnych enzymów – Mucor White, Rhizopus Oryzae, Pseudomonas aeruginosa i Aspergillus oryzae ( każdy po 10 mg), umożliwia reakcję. Nie oznacza to, że reakcja zajdzie od razu. Całość układu reakcyjnego musi być ogrzewana i nieustanie mieszana przez kamyczki wrzenne przez 24 godziny. Niestanne dostarczanie energii w postaci ogrzewania do temparatury 50°C ma dodatkowo przyśpieszyć reakcję (pomoc w rozerwaniu wiązań między reagentami).

Po 24 godzinach trzy układy reakcyjne zostały poddane destylacji, mającej na celu maksymalne zagęszczenie otrzymanego produktu. Proces ten trwał także 24 godziny w temperaturze 50°C w ciśnieniu 0,9 mmHg (119,99 Pa). Dzięki odparowaniu wody z produktów jest je o wiele łatwiej zanalizować.

Do analizy produktów otrzymanych podczas biotransformacji została użyta chromatografia przeprowadzona na płytkach TLC w układzie rozdzielczym Hex : octan etylu 8:2. Na podstawie interpretacji płytek TLC pod lampą UV jednoznacznie sformułowano wyniki (dla układu hex: octan etylu 8:2):

  • Kolba numer 1 – Reakcja zaszła częściowo; w układzie obecny jest substrat i produkt.
  • Kolba numer 2 – Reakcja zaszła, substraty przereagowały z znacznym stopniu
  • Kolba numer 3 – Brak produktu. Brak objawów.

Wnioskiem z tego eksperymentu jest fakt, iż odpowiednie dobranie biokatalizatorów sprzyja reakcji w kolbie numer 2 (reakcja kwasu 3-fenylopent4enowego z 2-fenylo 3-oksobutanianem), natomiast uniemożliwia reakcję w kolbie numer 3 (reakcja kwasu benzoesowego z 2-fenylo3-oksobutanianem).

Pozytywny rezultat reakcji w kolbie numer 2 jest wynikiem odpowiedniego dobrania specyficzności obu reagentów. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że kwas 3-fenylopent4enowy jest podobny pod względem budowy do związku naturalnie przekształcanego przez organizmy.

Można stwierdzić, iż brak reakcji numer 3 jest uzasadniony przez obecność innego zmiennego składnika (kwas benzoesanowy), który w porównaniu z innymi kwasami (cynamonowym i 3-fenylopent4-enowym) tworzy ester najbardziej lotny, który prawdopodobnie wydziela się z kolby. Jest on także najsłabiej niepolarny ze wszystkich estrów, dlatego ciężko rozpuszcza się w toulenie (rozpuszczalnik niepolarny), konsekwencją tego nie jest widoczny na płytce TLC.

Dobrze widoczny produkt reakcji numer 2 (na zdjęciu na dole po prawej) w fazie octan etylu 8:2 jest wynikiem odpowiednio słabej polarności układu. Takie dobranie rozdzielacza pozwoliło na całkowite wykluczenie produktu reakcji numer 3.

PRZYSZŁOŚĆ BIOTRANSFORMACJI

Biotransformacja będąca organiczną syntezą często dotyczy nas samych, a dokładniej metabolitów naszego organizmu. Niezależnie od drogi podania, substancje chemiczne ulegają w organizmie wielu różnorodnym procesom. Całość procesów, określających los substancji obcych w organizmie to metabolizm ksenobiotyków. W roku 1947 Roger Williams, w swojej monografii pt. „Detoxifications Mechanisms” przedstawił po raz pierwszy biotransformację ksenobiotyków jako proces etapowy, przebiegających w następujących po sobie fazach tzw. funkcjonalizacji i koniugacji. Obecnie wiadomo, że metabolizm ksenobiotyków podzielić można na 4 główne procesy: wchłaniane przez ludzkie tkanki, dystrybucję pomiędzy barierami wewnątrzustrojowymi, przemianę biochemiczną – biotransformacją oraz wydaleniem z organizmu. Główne miejsce biotransformacji związków zachodzi w organizmie; w skórze, płucach, wątrobie i układzie pokarmowym.

Skuteczny proces detoksykacji ksenobiotyków wymaga nie tylko skoordynowanego ale i zrównoważonego działania enzymów uczestniczących w każdej fazie biotransformacji. Dzięki tej reakcji możliwe jest usunięcie z organizmu toksyn i związków niepożądanych.

Źródło: 21.WIEK

Patroni honorowi

Partnerzy

Logo Logo Logo

Serwis na swoich stronach www wykorzystuje m.in. pliki cookies

w celu zapewnienia Ci maksymalnego komfortu podczas przeglądania serwisu i korzystania z usług. Jeśli kontynuujesz przeglądanie naszej strony bez zmiany ustawień przeglądarki, przyjmujemy, że wyrażasz zgodę na użycie tych plików. Zawsze możesz zmienić ustawienia przeglądarki decydujące o ich użyciu.