Einführung in die Biotechnolgie (Tutorium)

− Adsorption (van-der-Waals Kräfte)

− Ionische Wechselwirkungen

− Kovalente Bindung

→ Kovalente Bindung ist die stabilste Form der Fixierung

• Mögliche Probleme:

• Konformationsänderung des Katalysators durch Bindung

• Eingeschränkte Flexibilität des Katalysators

→ Verringerte oder gar keine Aktivität!

Allgemeine gewünschte Eigenschaften:

• Große Oberfläche

• Mikrobiologische, chemische und thermale Stabilität

→ Inertes Material

• Hydrophilizität

• Unlöslichkeit

• Geeignete Größe und Form der Partikel

Grenzschicht-Polymerisation:

• Monomere der Polymerisationsreaktion sind in zwei Phasen gelöst

➢ z.B. Hexamethylendiamin in der wässrigen Phase und Sebacoylchlorid in der organischen Phase

• nur an der Grenzschicht, wo die beiden Monomere in Kontakt kommen, polymerisieren sie

➢ Bildung einer Kapsel

Immobilisierungsmethode: Matrixeinhüllung

Definition:

Messfühler, die mit biologischen Komponenten ausgestattet sind. Biologische Komponenten:

• Enzyme

• Antikörper

• Nukleinsäuren

Elektronische Komponenten:

• Elektroden

• Optoden

• Thermistoren 

Mögliche Anwendungsgebiete:

• Medizin (z.B. Blutzuckermessung)

• Lebensmitteltechnologie (z.B. Nachweis von Erregern)

• Militärische Anwendung (z.B. Untersuchung von Kampfstoffen)

• Umweltuntersuchung (z.B. Nachweis von Schadstoffen)

• Biotechnologie (z.B. DNA/RNA-Sonden)

• Triose-Phosphat-Isomerase

• (αβ)8 = 8 α-Helices und 8 β-Faltblättern

→ Generelles Faltungsmuster ist stärker konserviert als die exakte Aminosäure-Sequenz.

→ homology modeling / comparative modeling

Das Levinthal-Paradox besagt, dass ein Protein nicht zufällig aus dem gefalteten Zustand in die richtige Konformation übergehen kann, indem es alle möglichen Faltungen ausprobiert.

→ allein schon rein zeitlich nicht möglich 

• Abbau der Zielsubstanz verhindern

• Hemmungen im Syntheseweg ausschalten

• Produkt aus der Zelle ausschleusen

= Auffüllreaktionen

• Reaktionen, die Zwischenprodukte bestimmter Stoffwechselwege nachliefern und so Verluste kompensieren (z.B. im Citratzyklus).

Für die Zitronensäureherstellung relevant: Regeneration von Oxalacetat

→ PEP-Carboxykinase

→ Pyruvat-Carboxylase

→ Glyoxylat-Zyklus

• Penicilline gehören zu den β-lactam-Antibiotika

• Gemeinsame Eigenschaft: β-Lactam-Ring

• Phytoremediation = Nutzung von Pflanzen zur Sanierung von Böden

• Phytoextraktion: Aufnehmen der Schadstoffe aus dem Boden und Anreichern der Schadstoffe in den Wurzeln oder im Spross. Evtl. Entsorgung nach der Vegetationsperiode, z.B. Verbrennung

• Phytostabilisierung: Binden von Schadstoffen, um weitere Kontamination z.B. des Grundwassers zu verhindern. Schutz vor Erosion.

• Phytodegradation: Aufnahme und Abbau der Schadstoffe durch die Pflanzen.

• Rhizofiltration: Im Wurzelbereich werden Stoffe von den Pflanzen ausgeschieden, die das Wachstum von Mikroorganismen fördern, die wiederum die Schadstoffe umsetzen.

• Vermittlung von Resistenzen (BT-Mais, Rizomaniaresistenz)

• Ertragserhöhung (Futtermittel) • Veränderte Inhaltsstoffe von Pflanzen (Golden Rice, Amflora-Kartoffel, Kartoffeln mit höherem Proteingehalt oder weniger Asparagin, …)

• Plant made pharmaceuticals (Aktiv- und Passivimpfstoffe, rekombinante Proteine / Pharmaka)

• Phytoremediation → Phytoextraktion → Phytostabilisierung → Phytodegradation → Rhizofiltration

RNA-Interferenz beschreibt einen Mechanismus der zielgerichteten Abschaltung („Stummschalten“) von Genen in Eukaryoten.

• Polysaccharid aus D-Glucose

• 20-40% Amylose • unverzweigt

• α-D-1,4-glycosidische Bindung

• 60-80% Amylopektin

• verzweigt

• α-D-1,4-glycosidische Bindung

• α-D-1,6-glycosidische Bindungen nach jeweils 20-30 Einheiten

• Chemische Industrie

• Futtermittelindustrie

• Medizinischer Bereich

• Lebensmittelindustrie

• Putz- und Körperpflegemittel

• Proteasen: Abbau von Proteinen

• Cellulasen: Abbau von Cellulose-Fasern (Anti-Pilling-Effekt)

• Lipasen: Abbau von Lipiden

• Amylasen: Stärkeabbau

Die Phenylketonurie ist eine mit gestörtem Stoffwechsel der Aminosäure Phenylalanineinhergehende Stoffwechselerkrankung.

Man unterscheidet zwei Formen der Phenylketonurie:

• "klassische" Phenylketonurie: Mangel an Phenylalanin-Hydroxylase und
• atypische Phenylketonurie: Mangel an Dihydropteridin-Reduktase

Mutation eines Gens aus dem Aminosäurestoffwechsel -> Anstau von Phe im Blut, neuronale Entwicklungssörungen

Im Urin aufgrund von Überlastung der Niere

Transplantation embryonaler oder adulter Stammzellen mit dem Ziel, ein geschädigtes Organ oder eine Krankheit zu heilen.

• Calcitonin aus Lachs gegen Osteoporose

• Silicateine aus Schwämmen für Zahnprothetik oder Frakturstabilisation

• Byssusfäden aus Muscheln für chirurgisches Nahtmaterial, Sehnen

• Conotoxine als Schmerzmittel aus Kegelschnecken

• Squalamin aus Dornhaien als Antimykotikum

• Chitin und Chitosan für Cremes, Nahtmaterial, Ballaststoff (Schalentiere)

• Mietenverfahren:

• Auskoffern

• Vorsortierung

• Homogenisierung

• Zusatz von fallspezifischen Stoffen − Nährstoffe, Mikroorganismen, Strukturmaterialien (Kompost, Mulch, Sand, Stroh, Blähton...)

• Aufschichtung zu 0,8 -2m hohen Mieten auf abgedichtetem Untergrund (Folien)

• Leistungssteigerung: Belüftung, Nährstoffzufuhr, Bewässerung, Bepflanzung, nachgeschaltete Abgasreinigung

→ ex situ-Verfahren

• Aminogruppe: basische Eigenschaften

• Carboxylgruppe: saure Eigenschaften

• Rest: variabel