ביוטכנולוגיה/ייצור חומצות אורגניות

משמש כדוגמא/ות לייצור בגישה הביוכימית.

ייצור חומצה ציטרית (=חומצת לימון)

שימושים

1. 60% מופנים לתעשיית מזון (חומר משמר, טעם וריח) שצוינת למטרה זו כיוון שאינה רעילה, יציבה ונוחה לטיפול.
2. 10% לתחומי רפואה – פועלת כחומר מונע קרישה, בופר וחומר שימור.
3. 30% שימוש לתחומים שונים – טיפול בבגדים, שימוש בתכשירי צילום, כחומר סופח יוני מתכת ועוד.

הבעיה ביצור ציטראט – חומר בינים

הציטראט (חומצה ציטרת) - הוא חומר בינים במעגל קרבס. ישנה בעיה בקבלת ציטראט משום שהוא הופך להיות אזוציטראט (באמצעות האנזים אקוניטאז), כלומר אין הצטברות שלה בתא.

ח' ציטרית - חומר ביניים במעגל קרבס

הפתרון – מניעת יוני ברזל

הפתרון לבעיה זו מתבצע בגישה הביוכימית.

האנזים אקוניטאז דורש Fe ⁺² כקופקטור (חומר המסייע לפעילות האנזים), כלומר ללא יוני ברזל - לא יהפוך הציטראט לאזוציטראט וכך תצטבר הציטראט.

הבעיה החדשה

אם ציטראט לא הופכת לאיזו' אין יצרת כוח מחזר ותהליך הנשימה לא מתקיים, כלומר אין אנרגיה ובמילים אחרות התא מת.

הפתרון / פתרונות – מסלולים אנפלורטים

מסלולים אנפלורטים – אלו מסלולים מטבוליטים חילופים. המאפשרים את פעילות מעגל קרבס גם במצבים בהם המסלול הרגיל אינו פועל.

מסלולים אנפלורטים במעגל קרבס

הסבר לתמונה (ע"פ המספרים שבה) :

• יצור OAA (אוקסלואצטאט) מפירבוט ע"י האנזים פירבוט קרבוקסילאז.
• ייצור אוקסלואצטראט (OAA) מפוספואנול פירבוט (PEP) ע"י האנזים PEP קרבוקסינאז.

שני האנזימים בסעיפים 1,2 דורשים יסודות קורט שונים כקופקטורים ולכן בהכנת המצע גידול כמות יסודות קורט השונים מבוקרים וקובעים את הפעילות אנזימטית.

• ייצור מאלאט מפירובט – מאשר יצירת כוח מחזר.
• (4+5) שני מסלולים המאפשרים ייצור של חומצות אורגניות במעגל מחוצות אמינו שונות.

• (4+5) שני מסלולים המאפשרים ייצור של חומצות אורגניות במעגל מחוצות אמינו שונות.

הערה : גם חומצות אמינו ושומן מאפשרות יצור אצטיל COA/ (תמונה מסלול ללא סימון) – חשוב להבנת סעיף 6.

• מעגל גליאוקסילאט (חובה לזכור) – בו מתרחשים 2 תהליכים :
  • איזוציטראט מתפרקת לסוקסינאז ולחומצה גליאוקסלית על ידי האנזים איזוציטראטליאז.
  • חומצה גליאוקסלית קושרת אצטיל שמקורה מאצטיל COA והופכת מאלאט באמצעות האנזים מאלאט זינתאז.

מתיאור התהליך ניתן להבין 2 דברים

1. האצטיל COA מוסרת את קבוצת האציל שלה ב-2 אתרים :
   • האחד – מסירת אצטיל ל-OAA ליצרת ציטראט
   • השני – מסירת אצטיל לחומצה גליאוקסלית ויצרת מאלאט.
2. מעגל קליאוקסילאט יופעל כאשר הגליקוליזה לא פועלת. כלומר כאשר מקורות הפחמן הם לא מקורות סוכרים אלא מקורות שומן וחלבון.

לבגרות : רצוי לזכור לפחות בין 4-3 מסלולים.

חומצה אוקסלית

ייצור חומצה אוקסלית – בעיה נוספת ליצירת חומצה ציטרית אינה חלק מהמסלולים האנפלורטים והיא רעילה לתהליך ייצור חומצה ציטרית ולכן חשוב שרמתה תהיה נמוכה.

כיצד נוצרת? OAA הופל לציטראט על ידי קישור קבוצת אצטיל, אך הוא עלול להפוך גם לחומצה אוקסלית.

תנאי סביבה מסויימים מסייעים לשמירה על ריכוזים נמוכים של חומצה אוקסלית :

1. ריכוז יוני הברזל נמוכים מאפשרים גם יצירת חומצה ציטרית וגם מונעים ייצור חומצה אוקסלית בכמויות גבוהות.
2. PH במצע – מתחיל ב-5 ויורד ל-3 בשל הצטברות ח' פחמתית (פחמן דו חמצני המומס במים יוצר חומצה פחמתיתH2CO3). ה-PH החומצי מעכב ייתור חומצה אוקסלית והוא בעל יתרון נוסף – הקטנת זיהום מיקרובאלי.
3. טמפ' 28-23 מעלות צליזיוס.

מי הם המייצרים? זנים שונים של חיידקים ופטריות. המייצר הוא יצרן עובש (פטריה) מהזן Aspergillus niger.