Proteine de biosinteza

Una din cele mai acute probleme ale epocii noastre este asigurarea necesarului de proteine, indispensabil desfasurarii normale a metabolismului organismului uman.
Potrivit datelor statistice publicate de Organizatia pentru Agricultura si Alimentatie de pe langa O.N.U. (F.A.O.), productia mondiala de proteine destinate consumului uman era in 1970 de 80 milioane tone, iar pentru anul 2000 se prevede un consum de 160 milioane tone.Cresterea continua a necesarului de proteine pentru om si animale, precum si marirea continua a preturilor, au determinat dezvoltarea unor noi posibilitati de obtinere a proteinelor cu proprietati superioare. Se intrevede ca acoperirea necesarului de proteine se poate realiza prin dezvoltarea resurselor traditionale bazate pe agricultura, zootehnie, piscicultura, cultura algelor si prin dezvoltarea productiei industriale de proteine bazate pe procese bio-chimice (proteine monocelulare).Procedeele de obtinere a proteinelor de biosinteza, bazate pe cultivarea bacteriilor, drojdiilor, ciupercilor unicelulare sau algelor trebuie sa asigure costuri comparabile cu cele ale proteinelor obtinute din sursele actuale. Economicitatea procesului de biosinteza a proteinelor monocelulare este determinata in mare parte de natura substratului care serveste drept sursa de carbon si energie in procesul de fermentatie. Costurile substratului nu trebuie sa depaseasca 1/3 din costurile produsului, iar sursa de substrat trebuie sa fie accesibila cantitativ, calitativ si economic. Substratele utilizate in biosinteza proteinelor monocelulare pot fi clasificate in trei grupe:1. Substrat cu continut mare de energie, de exemplu: n-parafine, metan, metanol, etanol;2. Materii prime vegetale, de exemplu: zahar, celuloza, amidon;3. Deseuri din productia agricola (melasa) sau deseuri de la fructe citrice.In ultimii zece ani s-au dezvoltat mult tehnologiile de obtinere a proteinelor din petrol, gaze naturale, alcooli si din apele bisulfitice rezultate din industria celulozei si hartiei. Se studiaza intens posibilitatea valorificarii apelor reziduale si ale unor deseuri din industria alimentara.Biosinteza microbiologica a proteinelor prezinta urmatoarele avantaje:Ø Folosirea de materii prime disponibile in cantitati mari , in unele cazuri supraproduse sau deseuri industriale, rezultand produse cu valoare biologica superioara;Ø Viteza mare de crestere a biomasei si randamente ridicate in utilizarea substratului;Ø Permite obtinerea de concentratii proteino-vitaminice cu o valoare nutritiva comparativa cu cea a proteinelor de natura animala.Compozitia chimica si valoarea nutritiva a proteinelor de biosinteza

Dezvoltarea organismelor monocelulare (bacterii,drojdii, fungi) pe medii de cultura continand surse de carbon, zaharuri, saruri minerale duce la obtinerea proteinelor, aminoacizilor, polizaharidelor, acizilor nucleici, nucleotidelor, vitaminelor, lipidelor.Tabelul 1Compozitia biomaselor obtinute pe diverse substraturi (in g/100 g)
Tipul de proteina Substratul Proteine, % Lipide, % Glucide, % Cenusa, % Bacterii Metan 59,2 6 – – Bacterii n-Parafine 62-73 10-15 10 6-12 Bacterii n-Parafine 65 8,1 – 6 Bacterii Motorina 70,5 0,45 – 7,9 Drojdii n-Parafine 54 10 26 10 Drojdii n-Parafine 43,6 18,5 21,9 4,43 Drojdii Motorina 40-50 1-2 12-20 6-12 Faina boabe soia – 37-53 12-23 3-12 4-6 Faina de seminte de bumbac – 39-50 3,5-9,9 23,4-34,5 5,1-8
Tabelul 2Continutul de aminoacizi a drojdiilor (levurilor) cultivate pe diferite medii (in g/100 g proteine)
Aminoacizi A B C D E F Arginina 5,0 5,4 4,9 4,7 4,3 4,7 Cistina 1,6 0,7 – 0,9 1,2 0,3 Fenilalanina 4,5 4,3 3,9 4,4 5,6 4,1 Histidina 4,0 1,9 2,5 1,5 3,6 2,8 Izoleucina 5,5 5,3 5,5 5,7 7,3 7,3 Leucina 7,9 7,6 9,9 6,3 7,7 8,1 Lizima 8,2 6,7 8,8 7,3 9,7 10,7 Metionona 2,5 1,2 1,5 1,2 3,5 1,4 Treonina 4,8 5,5 5,5 4,8 7,0 4,8 Triptofan 1,2 1,2 1,5 1,1 1,7 0,5 Valina 5,5 6,3 6,6 5,2 5,9 5,7
A- Saccharomices cerevisiae cultivata pe melasa;B- Candida utilisi cultivata pe lesii bisulfitice;C- Saccharomices fragilis cultivata pe zer;D- drojdie de bere dezapomotizata;E- drojdie de panificatie;F- Candida utilis cultivata pe melasa.
Tabelul 3Continutul de vitamine din grupa B a unor drojdii alimentare (in mg/100 g substanta uscata)
[Image][Image]Vitamine Candida arboreea
Pe borhot de melasa Candida tropicalis
Pe borhot de melasa Candida utilis
Borhot borhot 33 % melasa Tiamina B1 2,32-2,96 3,77-9,43 2,75-7,79 1,76-3,65 Riboflavina 5,10-9,64 4,67-6,45 2,89-7,10 6,86-13,0 Niacina 53,51-59,1 46,6-51,13 45,57-60,88 67,23-84,15
Proteinele obtinute prin biosinteza se separa sub forma unei biomase furajere din care, prin extractie si purificare se obtine proteina pura de culoare galbuie, fara gust si miros, avand o compozitie similara cu a carnii. Se foloseste sub forma de faina in hrana animalelor, sub forma de nutreturi combinate in hrana pasarilor si a porcilor, sub forma de pudra introdusa ca suspensie in hrana viteilor. In prezent se fac studii privind gasirea formelor sub care proteinele de biosinteza sa fie folosite in hrana omului.

Tipuri de microorganisme utilizate ca sursa de proteine de biosinteza

Se cunosc un numar mare de microorganisme capabile sa metabolizeze hidrocarburi, alcooli, derivati celulozici, zaharuri, deseuri alimentare in concentrate proteino-vitaminice; astfel au fost testate peste 2000 de varietati de microorgamisme, dar numai o mica parte au putut fi aplicate in culturi la scara industriala.
Tabelul 4Tipuri de microorganisme utilizate pentru biosinteza proteinelor din hidricarburi
Bacterii Arthrobacter reseoparaffineaus Micrococcus cerificans Arthrobacter paraffineus Micrococcus paraffinolactus Bacilus subilis Pseudomonas aeruginosa Corynebacterium hydrocarbocatus Bacillus megaterium Levuri (Drojdii) Candida lipolytica Candida arborea Candida dulcherina Candida tropicalis Candida utilis Hansenula anamola Candida pelliculosa Didium lactis

Fungi Aspergillius niger Penicillium notatum Aspergillius glacus Penicillium griesofulvum Aspergillius oryzae

Cele mai utilizate microorganisme sunt cele capabile sa metabolizeze substratul in proteine cu randamente ridicate si care au viteze mari de crestere, continut ridicat in amino-acizii esentiali, valoare biologica si toxicitate redusa.Bacteriile sunt mai avantajoase deoarece au viteze de crestere mai mari, continut ridicat de proteine si aminoacizi esentiali, levurile sunt mai rezistente la contaminari si se preteaza la asocieri cu alimente clasice. Microorganismele fungice nu prezinta interes practic deorece au calitati nutritive inferioare.

Tipuri de fermentatoare utilizate in tehnologiile de biosinteza a proteinelor

Tehnologiile de biosinteza a proteinelor necesita fermentatoare care sa permita realizarea unor viteze mari de transfer de masa si caldura. Eforturile constructorilor de fermentatoare sunt orientate in directia elaborarii unor noi dispozitive de amestecare si a unor geometrii deosebite a fermentatoarelor, care sa permita realizarea unui amestec intim intre fazele reactante, cu un consum cat mai mic de energie. Factorii hidrodinamici influenteaza dimensiunile agregatelor celulare care au importanta atat sub aspect biologic cat si reologic, ultimul determinand frecventa de contact a celulelor cu substantele nutritive din mediu de fermentatie.Tehnologiile de biosinteza a proteinelor folosesc curent urmatoarele tipuri de fermentatoare: Vogelbusch, Scholler-Seidel, Lefrancois, “air-lift”, fermentatoare cilindrice cu agitare, fermantatoare tubulare.In fermentatorul Vogelbushaerul patrunde prin axul agitatorului si este disperat prin paletele agitatorului. Aceste palete au forma tubulara si sunt perforate pe toata lungimea. Agitarea cuplata cu o foarte buna dispersie a aerului prin palete asigura un grad de utilizare a oxigenului de 65-68%.Fermentatorul Scholler-Seidel realizeaza o recirculare a mediului, concomitent cu aerarea lui, prin intermediul pompelor Mamut.Fermentatorul Lefrancois realizeaza o amestecare intima a mediului cu aerul barbotat, urmarindu-se asigurarea unor curenti in interiorul fermentatorului, care determina o miscare ascensionala a lichidului in partea centrala si o cabarare in zonele periferice. In fermentatoarele “air-lift” omogenizarea masei supuse fermentatiei este asigurata prin barbotarea unui curent de aer, sau cu agitatoare cu efect multiplu, utilizate in cazul fermentatiei metanului. Avantajos s-a dovedit a fi fermentatorul tip “air-lift” in care agitarea si aerarea se realizeaza simultan.Procedee de fabricare a proteinelor din petrol

Pentru obtinerea proteinelor prin biosinteza pe substrat de hidrocarburi lichide s-au dezvoltat doua tipuri de tehnologii: pe baza de n-parafine si tehnologii pe baza de motorina. Indiferent de tehnologia utilizata numarul fazelor principale este acelasi: fermentatia, separarea biomasei si uscarea.Viteza procesului de fermentatie este in functie de urmatorii parametri: temperatura, pH, agitare, aeratie, natura si concentratia substratului, gradul de dispersie, timpul de contact si compozitia mediului nutritiv. Temperatura are o importanta deosebita, ea fiind specifica fiecarui microorganism. In cazul microorganismelor Candida si a mediilor pe baza de n-parafine temperatura optima este de 28-31ºC. urmarindu-se influenta lungimii catenei asupra randamentelor in proteine s-a constatat ca cele mai bune rezultate se obtin cu hidrocarburile care au 15-19 atomi de carbon S-a constat ca randamentele cresc odata cu dilutia, iar concentratia optima este cuprinsa intre 0,1 si 10%.Pe baza rezultatelor studierii si influentarii sarurilor anorganice, a micrelementelor si vitaminelor s-au trasat curbele specifice de crestere a tipului Candida pe n-parafine curbe ce pot fi socotite ca o reprezentare a dinamicii procesului de biosinteza a proteinelor din petrol.Proteinele se mai pot obtine din motorina, prin procedeul British Petroleum sau procedeul sovietic; din gaze naturale, cultivandu-se bacteriile si in mod deosebit Pseudomonas methanica, Methanonas metanooxidans si Matylococus capsultus si din alte procedee si tehnologii.In prezent, se desfasoara cerecetari laborioase pentru a aduce proteinele de biosinteza, in special cele din hidrocarburi, intr-o forma care sa permita utilizarea lor in nutritia umana. S-a reusit prepararea caviarului, cu aspect, aroma si gust similar produselor naturale, ceea ce a dus la parerea ca in urmatorii ani se va reusi obtinerea proteinelor sintetice comestibile pentru uz uman, la costuri mai mici decat cele ale proteinelor de origine animala. Se intrevede pentru viitor posibilitatea obtinerii proteinelor si prin alte procedee, cum ar fi fotosinteza sau sinteza din compusi anorganici prin cataliza enzimatica.

Bibliografie: Tehnologia produselor de biosinteza, de C. Oniscu; Editura tehnica, Bucuresti, 1978, 324-358.

In program TURBO PASCAL
Program test grila

program test;var ok,rasp1,rasp2,rasp3,rasp:string[30];beginrepeat write(‘Din punct de vedere termochimic, reactia de neutralizare este o reactie’);writeln;write(‘rasp1: exoterma’);writeln;write(‘rasp2: endoderma’);writeln;write(‘rasp3: de absorbtie de caldura’);writeln;write(‘raspunsul corect este ’);read(rasp);writeln;ok:=’exoterma’;read(ok);if rasp=ok then write(‘este bine’) else write(‘este gresit’);writeln;until rasp=ok;repeat write(‘un fenomen endoderm se desfasoara cu … de caldura’);writeln;write(‘rasp1: degajare’ );writeln;write(‘rasp2: absorbtie’);writeln;write(‘rasp3: degajare si absorbtie’);writeln;write(‘raspunsul corect este’);writeln;ok:=’absorbtie’;read(ok);if rasp=ok then write(‘este bine’) else write (‘este gresit’);writeln;until rasp=ok;
repeat write(‘variatia de energie la formarea unei legaturi chimice se numeste energie de’);writeln;write(‘rasp1: de reactie’ );writeln;write(‘rasp2: de caldura’);writeln;write(‘rasp3: de legatura’);writeln;write(‘raspunsul corect este’);writeln;ok:=’de legatura’;read(ok);if rasp=ok then write(‘este bine’) else write (‘este gresit’);writeln;until rasp=ok;repeat write(‘Din punct de vedere chimic reactiile de oxidare sunt intotdeauna reactii’);writeln;write(‘rasp1: exoterme’ );writeln;write(‘rasp2: endoderme’);writeln;write(‘rasp3: altul este raspunsul, iar in acest caz dati raspunsul’);writeln;write(‘raspunsul corect este’);writeln;ok:=’exoterme’;read(ok);if rasp=ok then write(‘este bine’) else write (‘este gresit’);writeln;until rasp=ok;repeat write(‘Diluarea unei solutii de acid sulfuric are loc cu degajare de caldura’);writeln;write(‘rasp1: fals’ );writeln;write(‘rasp2: adevarat’);writeln;write(‘rasp3: si fals si adevart’);writeln;write(‘raspunsul corect este’);writeln;ok:=’adevarat’;read(ok);if rasp=ok then write(‘este bine’) else write (‘este gresit’);writeln;until rasp=ok;repeat write(‘Reactiile de descompunere sunt reactii exoterme’);writeln;write(‘rasp1: fals’ );writeln;write(‘rasp2: fals si adevarat’);writeln;write(‘rasp3: adevarat’);writeln;write(‘raspunsul corect este’);writeln;ok:=’fals’;read(ok);if rasp=ok then write(‘este bine’) else write (‘este gresit’);writeln;until rasp=ok;repeat write(‘Care din urmatoarele ecuatii termice reprezinta o ecuatie termochimica’);writeln;write(‘rasp1: C + O2 ® CO2’ );writeln;write(‘rasp2: C + O2 (g)® CO2 (g) +O’);writeln;write(‘rasp3: C(s) + O2 (g) ® CO2 (g)’);writeln;write(‘raspunsul corect este’);writeln;ok:=’C(s) + O(g)® CO2 (g)’;read(ok);if rasp=ok then write(‘este bine’) else write (‘este gresit’);writeln;until rasp=ok;repeat write(‘Variatia de energie intr-o reactie chimica se poate reprezenta grafic cu ajutorul’);writeln;write(‘rasp1: axelor, Ox,Oy’);writeln;write(‘rasp2: unei diagrame’);writeln;write(‘rasp3: unei diagrame de energie’)writeln;write(‘raspunsul corect este’);writeln;ok:=’unei diagrama de energie’;read(ok);if rasp=ok then write(‘este bine’) else write (‘este gresit’);writeln;until rasp=ok;repeat write(‘Caldura aborbita sau degajata intr-o reactie’);writeln;write(‘rasp1: este constanta’ );writeln;write(‘rasp2: creste’);writeln;write(‘rasp3; descreste’);writeln;write(‘raspunsul corect este’);writeln;ok:=’este constanta’;read(ok);if rasp=ok then write(‘este bine’) else write (‘este gresit’);writeln;until rasp=ok;repeat write(‘Energia necesara ruperii unei legaturi date intr-un anumit compus reprezinta energia de’);writeln;write(‘rasp1: legatura’ );writeln;write(‘rasp2: disociere’);writeln;write(‘rasp3: reactie’);writeln;write(‘raspunsul corect este’);writeln;ok:=’disociere’;read(ok);if rasp=ok then write(‘este bine’) else write (‘este gresit’);writeln;until rasp=ok;readln;readln;end. Acest program este realizat de Huntai Dorin (banner) impreuna cu colectivul clasei a-X-a de la Liceul Teoretic Codlea .