Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
Scarica il documento per vederlo tutto.
vuoi
o PayPal
tutte le volte che vuoi
Metaboliti delle piante e la loro produzione
Per quanto riguarda la porzione terpenoidica, il precursore e la secologanina, che a sua volta deriva dal GPPche deriva dal MEP nei plastidi. La secologanina prodotta viene poi depositata nei vacuoli. La porzioneindolica deriva invece dal triptofano, che viene decarbossilato a dare triptamina (precursore di moltialcaloidi derivanti dalla strictosidina). Dalla fusione di secologanina e triptamina, nelle celluledell’epidermide, ottengo strictosidina. Il fattore di trascrizione ORCA3 era over espresso in ChatarantusRoseus. Questo studio ha permesso di incrementare la produzione della catarantina e vindolina. Nonostantequeste difficoltà un elevato numero di metaboliti sono prodotti commercialmente attraverso colture cellularidi piante. Vengono impiegati come aromi, coloranti, o insetticidi. In alcuni casi la sintesi chimica è ritenutamolto più conveniente, ad esempio vanillina. Ad esempio la vanillina è un aldeide fenolica metilata che(soddisfa l’1%
La vaniglia deriva dall'acido paracumarico. Il bacillo dell'orchidea può essere usato come tale (a seconda delle esigenze), che viene fermentato per molti mesi, oppure viene estratta vanillina, oppure la vanillina viene sintetizzata chimicamente da substrati disponibili come guaiacolo (un fenolo metilato) a cui viene aggiunto un gruppo aldeidico. A livello industriale le cose possono cambiare. Per altri metaboliti la via sintetica chimica può essere difficile, vedi ad esempio il taxolo. È difficile la sintesi chimica soprattutto quando la molecola contiene molti centri chirali. Colture di cellule vegetali vengono utilizzate anche per produrre proteine eterologhe di interesse farmaceutico. Sono proteine eucariotiche con una struttura complessa che non riescono a essere assemblate nei sistemi utilizzati per la produzione di proteine ricombinanti. L'espressione di proteine eterologhe in sistemi procariotici diventa difficile quando hanno un ripiegamento complesso (come proteine di membrana).
Alcune proteine complesse vengono sintetizzate nelle piante. Inoltre proteine ricombinanti che richiedono ad esempio un certo grado di glicosilazione non possono essere sintetizzati in sistemi procariotici. Le proteine eterologhe possono essere secrete e raccolte nel terreno di coltura per semplificare il processo di purificazione. Possibilità di destinare la proteina di interesse nei vacuoli (organidi riserva adatti ad ospitare la proteina, dove la attività proteasica è molto bassa). Glucocelebrosidasi. Malattia di Gaucher è una malattia transgenica che riguarda il metabolismo degli sfingolipidi. La glucocelebrosidasi (500 residui amminoacidici) è utilizzata per scindere glicosilcerammide in glucosio e cerammide. Nella malattia di Gaucher un basso livello di glucocelebrosidasi causa un accumulo esagerato di glucosilceramide nei lisosomi. Nei lisosomi si accumula glucosilceramide e a causa della mancanza dell'enzima possono accumularsi cellule diGaucher nel fegato e nella milza, che si ingrossano anche a causa dell'infiammazione. Inoltre il midollo osseo non funziona più bene e si abbassa il numero di piastrine nel sangue. Si va a somministrare per via endovenosa l'enzima. Una terapia di sostituzione dell'enzima è impiegata principalmente per seguire la formazione della malattia. La terapia classica funziona utilizzando una forma ricombinante di glucocelebrosidasi chiamata imigluterasi o ceredase, che viene prodotta dalle cellule di ovario del criceto. Prima di questa tecnica l'enzima veniva direttamente estratto dalla placenta umana, ma è troppo espansivo per produrre poco. La proteina, prima di essere utilizzata per uso terapeutico, bisogna che sia rimodellata in vitro: il rimodellamento serve per esporre le unità di mannosio. Si utilizzano tre diverse esoglicosidasi di origine vegetale tutte purificate dalle leguminose. Questa modifica il funzionamento della terapia. Per far sìche la terapia funzioni l'enzima deve essere fagocitato all'interno dei lisosomi e per fare ciò viene sfruttato il recettore del mannosio: riconoscono il mannosio sull'unità trattate in vitro che possono essere fagocitate all'interno. Un'altra forma di enzima (taligluterasi) è prodotta da culture di cellule di carota, dove viene indirizzata nel vacuolo ed è funzionale anche nella forma nativa, e non necessita di processi ulteriori. Il gene umano è stato fornito di un peptide segnale (un peptide segnale proveniente da un tessuto vegetale). Serve per indirizzare la proteina sintetizzata nel reticolo endoplasmatico. È stata fornita anche da un segnale di indirizzamento nel vacuolo. Il tutto è stato messo sotto il controllo di un promotore che è reso efficiente tramite aggiunta di un enhancer. Le colture cellulari di piante sono un buon sistema per produrre glicoproteine ricombinanti. La proteina così costruita.è efficiente, oltre ad essere glicosilata per essere captata dai recettori. Grazie a questo sistema di coltura di cellule vegetali per proteine ricombinanti abbiamo un alto potenziale di produzione di biofarmaci. Altri tipi di ingegneria. Non solo culture cellulari di piante. Abbiamo anche altri tipi di coltura, come batterica, o di cellule eucariotiche, o procariotiche fotosintetiche. Questi tipi diversi di cultura possono essere usati come i bioreattori per produrre biocarburanti come idrogeno. I sistemi tuttavia convenzionali per la produzione di idrogeno non sono convenienti per la sostenibilità (produzioni di un mix tra CO2 e idrogeno), avremmo emissioni di energia, inquinanti, e numerosi processi. L'idrogeno potrebbe essere a lungo termine una risorsa importantissima. Possibile utilizzo di bioidrogeno. I vantaggi del bioidrogeno sono che ha un'energia specifica per unità di massa molto alta, inoltre l'unico prodotto della combustione è l'acqua.inoltre può facilmente essere convertito in elettricità (senza passare attraverso un processo endotermico). I sistemi microbici in grado di generare idrogeno sono alghe verdi, cianobatteri, batteri fermentativi e batteri fotosintetici. Il meccanismo di generazione di bioidrogeno è sostanzialmente la separazione fotosintetica dell'acqua: tuttavia ho un problema (produzione di co-ossigeno). Un altro metodo per ottenere idrogeno è la fermentazione oscura (anche da batteri anaerobi facoltativi). Fermentazione oscura (dark fermentation). Il piruvato prodotto può essere convertito in lattato attraverso la fermentazione, oppure PEP convertito attraverso vari passaggi in succinato. In entrambi i casi così viene generato NADH e H+ necessario per la produzione di ATP. Il piruvato può anche essere scisso in acetaldeide e acetilfosfato che generano rispettivamente etanolo e acetato. La via etanolo avviene quando c'è bisogno di ripristinare.NAD+ per le reazioni glicolitiche, mentre quella che produce acetato avviene quando il NAD+ è in eccesso e non ne ho bisogno di altro. Attraverso un complesso enzimatico, in cui sono coinvolti anche i cofattori Nichel e ferro, il formiato viene trasformato in H2 (attraverso intermedio 2H+ eliberazione di CO2). Durante il processo ho però un problema: l'acidificazione della cultura. Infatti, il monitoraggio di un bioreattore per fermentazione oscura mostra che il pH scende, e ciò ha come conseguenza l'arresto della crescita cellulare che influenza anche la quantità di idrogeno accumulato. È stata studiata l'attività di un batterio, la sua produzione di glucosio, il ph del terreno e si è visto proprio che si ha una acidificazione e conseguente diminuzione di idrogeno accumulato. Potremmo in qualche modo rallentare questo problema attraverso un tampone (ad esempio tamponi fosfato) che tamponi l'acidificazione delmezzo di coltura. Tuttavia vi è un limite: aumentando la concentrazione di fosfato creiamo un problema osmotico (il mezzo diventa troppo iperosmotico, e questo potrebbe causare problemi di crescita al batterio). La resa di idrogeno è stata pari a 3mmol di idrogeno per mmol di glucosio. La resa è bassa, pari al 25% di quella estraibile dal glucosio. Questo batterio può utilizzare come fonte di energia anche fruttosio e galattosio, con il risultato simile a quello per il glucosio. Se utilizziamo disaccaridi o polisaccaridi come fonte di carbonio abbiamo una latenza iniziale della crescita di 10-20 h (probabilmente tempo necessario per idrolizzare i legami glicosidici e liberare i monosaccaridi). Foto fermentazione: luce come fonte di ATP, con fonte di carbonio quale glucosio per produrre biomassa e anche potere riducente. Anche in questo caso viene prodotto idrogeno, principalmente attraverso la nitrogenasi. In questo metodo ho il vantaggio di rendere l'idrogeno.un'energia rinnovabile, riciclando scarti e rifiuti di composti organici. La nitrogenasi (la cui espressione indotta dall'assenza di azoto molecolare) produce idrogeno a partire da elettroni e utilizzando energia da ATP. L'assenza di azoto molecolare impedisce alla nitrogenasi di produrre ammoniaca (come farebbe di solito), e riesce a produrre idrogeno in maniera molto più efficiente. Viene aggiunto argon per rimuovere più efficacemente l'azoto molecolare nel terreno di coltura in modo che la nitrogenasi funzioni molto più. Importanti per la funzionalità della nitrogenasi sono cofattori inorganici quali vanadio, molibdeno, e ferro. La luce, specialmente se naturale, può rendere il processo molto conveniente. Inoltre l'idrogeno viene reso meno solubile e fuoriesce nel terreno di coltura (anche perché è più leggero) e quindi può essere facilmente raccolto. Inoltre questo batterio non contiene il fotosistema II,
quindi non c'è generazione di ossigeno. In questo modo non ho contaminazione da ossigeno e non viene inibita la nitrogenasi e non ho bisogno di mettere in gioco una serie di processi per separare idrogeno da ossigeno co-prodotto. Nel caso di questo reattore si preferisce usare il fosfato come tampone e non il carbonato: in questo modo evitiamo del tutto il processo di fissazione dell'anidride carbonica. In questo caso il fotobioreattore è in continuo: aggiungo fonte di carbonio quando è utilizzato tutto, e allontano idrogeno quando ne è presente molto, in modo che il processo funzioni in continuo. I batteri sono immobilizzati su un biofiltro in questa colonna del fotobioreattore. Sostanzialmente crescono come una sorta di biofilm su un supporto solito chiamato biofiltro, mantenuto a una temperatura costante e illuminato circa a 6000 lux (60 W circa di lampada a led). Nel fotobioreattore il processo è stato possibile prolungarlo per mesi, e non perOre come nel caso precedente di fermentazione oscura. Tuttavia ho ancora una resa abbastanza bassa (circa 3,6mmol di idrogeno ogni mmol di glucosio).
Cocultura ceppi batterici. Clostridium cellulogorans è in grado di idrolizzare la cellulosa, che in condizioni anossiche porta al
Accedi a tutti gli appunti
Tutor AI: studia meglio e in meno tempo
