H1: Inleiding
Definities
- Biokatalyse = gebruik v enzymen om chem reacties te katalyseren
- → ecologische & economische voordelen
- Basis v “witte” biotechnologie (samen met fermentatie (hele metabolisme gebruikt))
o Groen = plant
o Rood = medisch
o Wit = industrieel
- Bij biokatalyse gebeurt hele kleine aanpassing: vb carbonyl gereduceerd tot
corresponderende alcohol
- Enzymatisch zuiver product krijgen (bij chemisch enantiomeren krijgen)
Geschiedenis
Oudheid: ambachtelijke toepassingen
- Sumeriers (wijn) & Ilias (kaas)
- Lopen voor op wetenschappelijke kennis
- Enzym in maag v kalven (want zogen nog bij moeder) dat melkeiwitten knipt & kleine stukjes
klonteren aan elkaar
- Stremsel (rennet) in maag kalf → klonter v melkeiwit (wrongel) geeft kaas
19de eeuw: wetenschap
- Gerst-extract (diastase) breekt zetmeel af
o Bevat enzymen die zetmeel kunnen afbreken (amylase)
- “vis vitalis” (leven is magie) vs gistextract (zymase)
20ste eeuw: industriële toepassingen
- Diastase voor alcohol & bakken
- Rennet voor kaas (Hansen): nog steeds daar met enzymen kalfsmaag (authentiek)
- Oropon = protease voor leder (Rohm): pancreasextract
- BioTex = protease voor waspoeder (Novo): eerste product dat microbieel protease bevat ipv
extract v dier
o Contactallergieën door waspoeder met enzymen → enzymen in wateroplosbare
bolletjes steken zodat je er niet zomaar mee in contact komt (gekleurde bolletjes)
- Immobilisation, solvents, recombinant …
- Chemie: HFCS, AB, alcohol enantiomeren
Voordelen
- Selectief: chemo- (welk type reactie), regio (plaats op molecule) & enantio (R / S vorm
(optische enantiomeren), chemisch niet mogelijk)
- Zeer efficiënt (versnelling tot 1018): bij normale omgevingsomstandigheden (niet moeten
verwarmen …)
- Milde reactiecondities (~ pH 7, 30°C)
- Biodegradeerbaar ipv toxisch
- → economisch voordeel: industrie
- → ecologisch voordeel: consument
,Vooroordelen
- Duur ~ 1 000 €/kg
- Onstabiel ~ maanden
- Lage productiviteit ~ 100 g/Lh (vooral op fermentatie)
- Niet commercieel beschikbaar ~ 500 (vs 5000): heel makkelijk zelf kunnen maken (adhv gen)
- Enkel natuurlijk substraat: engineering
- Vereisen cofactoren: regeneratie
Markt en toepassingen
-
-
o Detergent, cellulase: verknippen cellulose (katoen) → minder pluis (uitstekende
stukjes katoen eraf)
o Food, protease: eiwitten vlees verknippen → zachter maken (enzym is papeïne uit
papaja)
o Food, pectinase: pectine maakt vers fruitsap troebel → pectinase verwijdert
o Food, xylose isomerase: glucose v mais isomeren naar fructose → dimeren v glucose
& fructose → frisdranken zoeten
o Textile, cellulase: jeans afgewassen “look” geven, enzym toevoegen op plek
verkleuring willen, vezels daar aantasten
,- Rode draad vd cursus:
o * enzym gebruikt in geïmmobiliseerde vorm
o # enzym gebruikt terwijl ze nog in cel zitten
, H2: Enzymologie
Classificatie
Protein families (Pfam)
- Seq die op elkaar lijken zijn evolutionair verwant
- Hoe nauw moet verwantschap zijn om het nog te kunnen zien? (wat is limiet?)
o 20-30% identiek
- In zelfde familie: zelfde 3D structuur, mechanisme, functie
- Ver verwantschap (niet zomaar kunnen zien maar adhv eig) → clan v families
Structural classification (SCOP)
- 2D structuur bepaald door sec structuren (α-helices, β-sheets)
- Ook lussen: hebben geen vastgelegde structuur
- Grote meerderheid hebben combinatie v α & β (= α/β)
- Bij α+β zijn ze wat gescheiden
- TIM barrel = (β/α)8
o β/α structuur herhaalt 8x
o Ze vormen 2 lagen (laag β & laag α: liggen niet in zelfde
lijn) & dan krullen → binnenste cilinder β-elementen &
buitenste α-elementen
o 10% alle eiwitten hebben die structuur
o Stevige basis met toch wat flexibiliteit voor andere
functies: functies zitten vervat in lussen
o
Definities
- Biokatalyse = gebruik v enzymen om chem reacties te katalyseren
- → ecologische & economische voordelen
- Basis v “witte” biotechnologie (samen met fermentatie (hele metabolisme gebruikt))
o Groen = plant
o Rood = medisch
o Wit = industrieel
- Bij biokatalyse gebeurt hele kleine aanpassing: vb carbonyl gereduceerd tot
corresponderende alcohol
- Enzymatisch zuiver product krijgen (bij chemisch enantiomeren krijgen)
Geschiedenis
Oudheid: ambachtelijke toepassingen
- Sumeriers (wijn) & Ilias (kaas)
- Lopen voor op wetenschappelijke kennis
- Enzym in maag v kalven (want zogen nog bij moeder) dat melkeiwitten knipt & kleine stukjes
klonteren aan elkaar
- Stremsel (rennet) in maag kalf → klonter v melkeiwit (wrongel) geeft kaas
19de eeuw: wetenschap
- Gerst-extract (diastase) breekt zetmeel af
o Bevat enzymen die zetmeel kunnen afbreken (amylase)
- “vis vitalis” (leven is magie) vs gistextract (zymase)
20ste eeuw: industriële toepassingen
- Diastase voor alcohol & bakken
- Rennet voor kaas (Hansen): nog steeds daar met enzymen kalfsmaag (authentiek)
- Oropon = protease voor leder (Rohm): pancreasextract
- BioTex = protease voor waspoeder (Novo): eerste product dat microbieel protease bevat ipv
extract v dier
o Contactallergieën door waspoeder met enzymen → enzymen in wateroplosbare
bolletjes steken zodat je er niet zomaar mee in contact komt (gekleurde bolletjes)
- Immobilisation, solvents, recombinant …
- Chemie: HFCS, AB, alcohol enantiomeren
Voordelen
- Selectief: chemo- (welk type reactie), regio (plaats op molecule) & enantio (R / S vorm
(optische enantiomeren), chemisch niet mogelijk)
- Zeer efficiënt (versnelling tot 1018): bij normale omgevingsomstandigheden (niet moeten
verwarmen …)
- Milde reactiecondities (~ pH 7, 30°C)
- Biodegradeerbaar ipv toxisch
- → economisch voordeel: industrie
- → ecologisch voordeel: consument
,Vooroordelen
- Duur ~ 1 000 €/kg
- Onstabiel ~ maanden
- Lage productiviteit ~ 100 g/Lh (vooral op fermentatie)
- Niet commercieel beschikbaar ~ 500 (vs 5000): heel makkelijk zelf kunnen maken (adhv gen)
- Enkel natuurlijk substraat: engineering
- Vereisen cofactoren: regeneratie
Markt en toepassingen
-
-
o Detergent, cellulase: verknippen cellulose (katoen) → minder pluis (uitstekende
stukjes katoen eraf)
o Food, protease: eiwitten vlees verknippen → zachter maken (enzym is papeïne uit
papaja)
o Food, pectinase: pectine maakt vers fruitsap troebel → pectinase verwijdert
o Food, xylose isomerase: glucose v mais isomeren naar fructose → dimeren v glucose
& fructose → frisdranken zoeten
o Textile, cellulase: jeans afgewassen “look” geven, enzym toevoegen op plek
verkleuring willen, vezels daar aantasten
,- Rode draad vd cursus:
o * enzym gebruikt in geïmmobiliseerde vorm
o # enzym gebruikt terwijl ze nog in cel zitten
, H2: Enzymologie
Classificatie
Protein families (Pfam)
- Seq die op elkaar lijken zijn evolutionair verwant
- Hoe nauw moet verwantschap zijn om het nog te kunnen zien? (wat is limiet?)
o 20-30% identiek
- In zelfde familie: zelfde 3D structuur, mechanisme, functie
- Ver verwantschap (niet zomaar kunnen zien maar adhv eig) → clan v families
Structural classification (SCOP)
- 2D structuur bepaald door sec structuren (α-helices, β-sheets)
- Ook lussen: hebben geen vastgelegde structuur
- Grote meerderheid hebben combinatie v α & β (= α/β)
- Bij α+β zijn ze wat gescheiden
- TIM barrel = (β/α)8
o β/α structuur herhaalt 8x
o Ze vormen 2 lagen (laag β & laag α: liggen niet in zelfde
lijn) & dan krullen → binnenste cilinder β-elementen &
buitenste α-elementen
o 10% alle eiwitten hebben die structuur
o Stevige basis met toch wat flexibiliteit voor andere
functies: functies zitten vervat in lussen
o
