Ингибирование продукта
Ингибирование продукта — это тип ингибирования ферментов , при котором продукт ферментативной реакции ингибирует его производство. [ 1 ] Клетки используют ингибирование продуктов для регулирования метаболизма как форму отрицательной обратной связи, контролирующей метаболические пути . [ 2 ] Ингибирование продукта также является важной темой в биотехнологии , поскольку преодоление этого эффекта может увеличить выход продукта, такого как антибиотик . [ 3 ] Ингибирование продукта может быть конкурентным , неконкурентным или неконкурентным.
Смягчение ингибирования продукта
[ редактировать ]Проектирование реактора
[ редактировать ]Одним из методов снижения ингибирования продукта является использование мембранного реактора . [ 4 ] В этих биореакторах используется мембрана для отделения продуктов от остальной части реактора, ограничивая их ингибирование. Если продукт сильно отличается по размеру от клеток, производящих его, и от субстрата, питающего клетки, то в реакторе можно использовать полупроницаемую мембрану, позволяющую продуктам выходить из реактора, оставляя при этом клетки и субстрат для продолжения реакции с образованием большего количества продукта. Другие реакторные системы используют химический потенциал для отделения продуктов из реактора, например, растворимость различных соединений, позволяющая им проходить через мембрану. Были разработаны электрокинетические биореакторные системы, в которых используется электролиз — процесс, в котором используется электрический заряд для удаления продукта из биореакторной системы. [ 5 ]
Реактор с внешним контуром использует ток, создаваемый пузырьками воздуха, протекающими через реактор, для создания потока, который переносит содержимое реактора через внешний контур. Во внешний контур можно установить разделительную мембрану для сбора продукта и снижения ингибирования продукта. Недостатком реакторов с внешним контуром является то, что они создают дополнительное напряжение сдвига . [ 6 ] В биореакторах с погружной мембраной мембрана находится внутри основной камеры биореактора. [ 6 ]
Сепаративный биореактор — это тип реактора непрерывного действия , в котором продуцирующие клетки закреплены на полимерной мембране, чтобы не вытекать из реактора при прохождении через них субстрата. Непрерывный поток реактора перемещает продукт по ходу его производства. [ 7 ]
Другие методы смягчения ингибирования продукта
[ редактировать ]Комплексную жидкостно-жидкостную экстракцию можно использовать для удаления продуктов, плотность которых отличается от остального содержимого биореакторов. [ 8 ] Это делается путем добавления растворителя после биореактора и отделения продукта в отстойнике перед тем, как сточные воды биореактора перемещаются во вторичный реактор или возвращаются в первоначальный реактор для продолжения культивирования. Этот процесс может осуществляться в периодическом или непрерывном режиме.
Вакуумная экстракция [ 9 ] может использоваться в ферментации для удаления этанола из реактора. Когда жидкость в сосуде помещается в вакуум , этанол начинает испаряться , поскольку он более летуч, чем остальное содержимое реактора. Этот метод требует периода акклиматизации дрожжей в реакторе, чтобы адаптироваться к среде с более низким давлением. [ нужна ссылка ]
Нейтрализация продукта. Если продукт ингибируется из-за его pH, его можно нейтрализовать в реакторе и далее переработать обратно в исходную форму. [ нужна ссылка ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уолтер, Чарльз; Фриден, Эрл (1963). «Распространенность и значение продуктов ингибирования ферментов». В Норде, FF (ред.). Достижения в области энзимологии и смежных вопросов биохимии . Том. 25. стр. 167–274. дои : 10.1002/9780470122709.ch4 . ISBN 978-0-470-12270-9 . ПМИД 14149677 .
- ^ Хатсон, Нью-Джерси; Керби, Алабама; Рэндл, ПиДжей; Сагден, штат Пенсильвания (1979). «Регуляция пируватдегидрогеназы действием инсулина». Прогресс клинических и биологических исследований . 31 : 707–719. ПМИД 231784 . НАИД 10010916605 .
- ^ Шугерль, Карл; Хуббух, Юрген (июнь 2005 г.). «Интегрированные биопроцессы». Современное мнение в микробиологии . 8 (3): 294–300. дои : 10.1016/j.mib.2005.01.002 . ПМИД 15939352 .
- ^ Фан, Ронг; Эбрахими, Мехрдад; Чермак, Питер (3 мая 2017 г.). «Анаэробный мембранный биореактор для непрерывного молочнокислого брожения» . Мембраны . 7 (2): 26. doi : 10.3390/membranes7020026 . ПМЦ 5489860 . ПМИД 28467384 .
- ^ Ли, Хун; Мустакки, Роберта; Ноулз, Кристофер Дж; Скибар, Вольфганг; Сандерленд, Гарри; Далримпл, Ян; Джекман, Саймон А. (январь 2004 г.). «Электрокинетический биореактор: использование постоянного электрического тока для усиления молочнокислого брожения и извлечения продукта». Тетраэдр . 60 (3): 655–661. дои : 10.1016/j.tet.2003.10.110 .
- ^ Перейти обратно: а б Карстенсен, Фредерика; Апель, Андреас; Весслинг, Матиас (март 2012 г.). «Восстановление продукта на месте: погружные мембраны в сравнении с мембранами с внешним контуром». Журнал мембранной науки . 394–395: 1–36. дои : 10.1016/j.memsci.2011.11.029 .
- ^ Арора, МБ; Хестекин, Дж. А.; Снайдер, SW; Сен-Мартен, EJ; Лин, Ю.Дж.; Доннелли, Мичиган; Миллард, К. Санвилл (июль 2007 г.). «Сепаративный биореактор: непрерывный процесс разделения для одновременного производства и прямого улавливания органических кислот» . Разделение науки и техники . 42 (11): 2519–2538. дои : 10.1080/01496390701477238 . ПМК 3662075 . ПМИД 23723533 .
- ^ Каур, Гунит; Шривастава, АК; Чанд, Субхаш (декабрь 2015 г.). «Устранение узких мест ингибирования продукта при ферментации 1,3-пропандиола путем восстановления продукта на месте». Биоресурсные технологии . 197 : 451–457. doi : 10.1016/j.biortech.2015.08.101 . ПМИД 26356117 .
- ^ Таварес, Бруна; Фелипе, Мария дас Грасас де Алмейда; дос Сантос, Жулио Сезар; Перейра, Феликс Монтейро; ГОМЕС, Симоне Дамасено; Сене, Люциана (февраль 2019 г.). «Экспериментальный и моделирующий подход к производству этанола Kluyveromyces marxianus в биореакторе с разорванным резервуаром с использованием вакуумной экстракции как стратегия преодоления ингибирования продукта». Возобновляемая энергия . 131 : 261–267. doi : 10.1016/j.renene.2018.07.030 .