생물화학공학 정리

목차

Chapter 1

Chapter 2

Chapter 3

본문내용

계수(cm/s)
효소전환속도는 Da값에 따라 효소반응속도와 물질반응속도의 차를 알 수 있다. i.e. 효소전환속도는 효소반응속도와 물질반응속도에 의해 제한받을 수 있다.
Da>>1 이라면 확산속도가 제한적이다. i.e. 물질 전달 속도에 의해 결정된다.
Da<<1 이라면 반응속도가 제한적이다. i.e. surface 농도(효소반응속도)에 의해 결정된다.
Da1 이라면 반응속도와 확산속도가 비슷한 것을 의미한다.
Bulk solution : mixing에 의해 영향을 받아서 농도가 균일하게 유지되는 영역
support 물질의 표면에 결합된 효소의 확산효과
가정
표면에는 효소의 분포가 균일하게 되어있다.
모든 효소분자는 동일하게 반응한다.
surface와 bulk solution은 diffusion layer를 통해 diffusion된다.
효소는 고정화되어도 활서의 변화가 없다.
※효소의 확산효과에 있어서 steady-state를 항상 가정 : 시간변화에 따른 대상의 변화는 없다. ⇒ 물질전달속도 = 효소반응속도
Js(moles/cm2sec)
KL(cm/sec) = D/δ : 용액의 점도와 분자량과의 함수.(molecular weight가 작을수록 빠르고, 효소 반응 용액의 점도가 낮아야 빠름.)
Js = Vp : steady-state 가정
x-절편 : [Sb]X축 : [Ss]
y-절편 : KL[Sb] Y축 : Vp
slope : -KL
KL (stirring rate）⇒ KL↑ → δ↓ : stirring rate에 따라 diffusion layer의 두께는 반비례한다.
[Sb] : X, Y절편의 변화량
[E0] : V'm의 변화량 ⇒ E0↑ → Vm↑ → Ss↓
Effectiveness factor (항상, η < 1)
η
=
Reactiono rate with diffusional limitation
=
V'm[Ss]
Km +[Ss]
Reaction rate with no diffusional limitation
V'm[Sb]
Km +[Sb]
: 액상에서의 효소반응을 정량적으로 나타내는 parameter
η ≒ 1 : 고상에서의 효소반응과 액상에서의 효소반응이 매우 근접함.
η <<1 : 액상반응 속도가 고상반응 속도보다 빠름. (대부분)
diffusinal limitation이 존재하면 항상 η <<1 다.
※ diffusional limitation을 완화 시키는 방법(개선)
효과적인 mixing
medium의 점도를 줄여야함.
surface에 있는 기질의 농도를 증가시킴.
M.W를 낮출 수 있는 방안.
효소의 의학 및 산업적 활용
1. 단백질분해효소- 단백질을 작은 펩타이드 단위로 가수분해.
- 공업적으로 중요한 효소, 전체 효소시장의 60% 점유
- 박테리아(Bacillus), 곰팡이(Aspergillus, Rhiqopus, Mucor), 동물의 췌장, 실물에서 얻음
- 단백질 내부에 작용하여 분해
- 치즈, 제빵, 주류 등의 식품공정, 세제, 가죽의 무두질 등에 사용
2. 펙틴분해효소
- A.niger에 의해 생산.
- 종류: pectin esterase, polygalacturonase, polymethylgalacturonatelyase)가 있음
- 과일쥬스 생산, 포도주 제조에 사용
3. 지질분해효소
- 지질을 분해하여 지방산과 글리세롤을 생산
- 동물의 췌장, 곰팡이, 효소에서 생산
- 오일을 가수분해하여 비누만드는데 사용, 폐수속의 지질-지방 화합물 가수분해
4. 아밀레이스
- 전분의 가수분해에 사용 A.niger나 B.subtilits를 포함한 여러 종류의 미생물로부터 생산
- 종류: α-아밀레이스, β-아밀레이스, 글루코아밀레이스
α-아밀레이스: 아밀로우스 사슬의 α-1,4 글리코시딕 결합을 무작위로 끊어 아밀로우스를 용해 = 전분액화 효소
β-아밀레이스: 아밀로우스의 비환원성 말단의 α-1,4 글리코시딕 결합을 가수분해 = 맥아당 생산 = 당화효소
글루코아밀레이스: α-1,6 글리코시딕 결합 가수분해 = 당화 효소
5. 셀룰레이스
- 섬유소 가수분해
- Tricoderma viride 나 T. reesei 등과 같은 Tricoderma 종이나 Aspergillus niger나 Thermomonospora와 같은 곰팡이, 몇 가지 Clostridium 종에 의해 생산
- 셀룰로우스는 셀룰레이스에 의해 셀로바이오스로 가수분해되고, 이는 β-글루코시데이스에 의해 포도당으로 가수분해된다.
- 셀룰레이스는 셀룰로우스에 의해 발현유도되며 최종산물인 셀로바이오스와 포도당에 의해 저해.
- 곡류가공, 생물자원으로부터의 에탄올 발효, 주류 생산, 폐기물 처리 등에 사용
의학 분야에서 진단, 치료 목적으로 사용되는 효소
- 트립신- 항염증약(소염제) : 미생물감염 치료, protein을 자름.
- 라이소자임- 그람양성균의 세포벽 가수분해= 항균제
- 스트렙토카이네이스- 항염증약(소염제)
- 유로카이네이스(urokinase)- 혈전 용해, 방지, 항응고제
- 아스파라지네이스(asparaginase)- 항암제
- Glucose oxidase - 혈당 sensor의 기본 효소
- 페니실린분해효소- 페니실린에 대한 앨러지 반응의 치료(penicillin shock 완화제)
- 티슈플라스미노젠 활성제(TPA)와 스트렙토카이네이스 - 혈전 녹임, 항응고제, 항혈전제
biosensor와 분석 기구
효소 electrodes : glucose oxidase(혈당량 측정), urease(혈중 urea양 측정), cholesterol oxidase(HDL, LDL 등 cholesterol을 분해하여 효소 반응 속도로 혈중량 측정), alcohol dehydrogenase(혈중 알콜 농도 측정에 사용)
Biochips : 효소 + filed effect transistor (FET)
Signal generators in immunoassays : peroxidase(HRP, ELISA에서 labelling으로 사용), phosphatase(ELISA에서 발색에 사용), galactsidase(ELISA에서 발색에 사용)
Polymerase : PCR, DNA sensor

키워드

Michaelis-Menten,   Quasi-steady-state assumption,   Penicillin