دانلود پروژه رشته مواد در مورد پلی هیدروكسی آلكانوئات – قسمت اول

دانلود پایان نامه

پلی هیدروكسی آلكانوئات های با طول متوسط (Medium chain leught pcgy (3hA) گروه بزرگی از پلی استرهای طبیعی هستند كه توسط باكتری ها تولید می شوند و تنوع ساختاری بالقوه و بالفعل بالای این پلیمرها باعث افزایش توجه نسبت به تولید اقتصادی آن ها شده است . كنترل مونورهای تشكیل دهنده و استراتژی های مختلف تخمیر كه امكان طراحی و ساخت پلیمرهای با ساختار ویژه را فراهم می سازد . علاوه بر آن پلی (3HA) های فعال شده برای تغییرات شیمیایی بیشتر نیز تولید شده اند .

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

تولید MCLPHA در طبیعت به اعضای از جنس Pseudemenas كه متعلق به همولوژی rRNA نوع I هستند محدود می شود . درمیان این جنس گونه های P .flueresceus , .aeruginesa ‍‍P ، P.oleovorans ،P.lemonnieri  ، P . testeroni  ، P . puteda   ‌ ، قرار دارند .

MCL –poly3HA تنها یك نوع پلیمر نیست بلكه خانواده های بزرگی از انواع پلی استرها است كه تركیب و ویژگی های آن با توجه به تركیب مونورهای در دسترس متفاوت است تاكنون بیش از 100 نوع MCL –poly3HA شناسایی شده اند كه دارای مونورهای بین 6 تا 16 كربن و زنجیره های متنوع اشباع ، غیر اشباع ، بدون شاخه ، دارای شاخه‌ی آلیفاتیك ، یا آروماتیك هستند . علاوه بر این ها مونومرهای با انواع گروههای جانبی فعال نظیر اتم های هالوژن ، هیدروكسی ، اپوكسی ، سیانو ، كربوكسیل ، فنوكسیل ، سیانوفنوكسی ، نیتروفنوكسی و همچنین كربوكسیل استری شده قابل پلیمریزه شدن به MCL –poly3HA هستند . تمامی پیوندها به علت خاصیت فضا ویژگی آنزیم های پلیمر از به صورت R می باشند . وزن مولكولی پلیمرها بسته به نوع میكروارگانیسم ، نوع پلیمر و شرایط رشد بین 105 ×2 تا 106 ×3 است .

نقش زیستی

MCL –poly3HA ها به عنوان منابع ذخیره‌ی كربن ، انرژی در باكتری ها عمل می كنند و هنگامی كه كربن مازاد بر نیاز در محیط موجود است تولید می شوند . از آنجا كه این تركیبات به صورت پلیمر ذخیره می شوند بنابراین تغییر محسوسی در فشار اسمزی سلول نمی دهند . هنگامی كه منبع كربن خارج سلولی كاهش یابد این پلیمرها توسط آنزیم های دپلیمراز درون سلولی تجزیه شده و مورد استفاده قرار می گیرند . تبدیل منابع غذایی اضافه به مواد ذخیره ای دارای ارزش بقا است چون دسترسی میكروارگانیسم های رقیب را به آنها كاهش می دهد .

كاركرد احتمالی دیگری كه MCL –poly3HA میتواند داشته باشد در سم زدایی است . تركیباتی مثل آلكان ها ، آلكانول ها و اسیدهای چرب در غلظت های پایین برای میكروارگانیسم ها سمی محسوب می شوند و حذف سریع آنها از طریق تبدیلشان MCL –poly3HAزیستایی میكروارگانیسم ها را افزایش می دهد .

MCL در مقابل SCL

در طبیعت انواع مختلف poly3HA دیده می شود و هر ناظری كاركردهای متنوع را برای آنها انتظار دارد . هنگامی كه منبع غذایی باكتری تركیبات آلیفاتیك باشند MCL –poly3HA ها فرم مناسبی برای ذخیره سازی هستند . در مقابل SCL – Pcly (3HA) ها در حضور كربوهیدرات بهتر و بهینه تر به نظر می رسند . اگر فرض كنیم كه مونورهای poly3HA پس از دپلیمریزه شدن توسط ATP فعال می شوند . دراین صورت به عنوان مثال تبدیل كانوئیك اسید به MCL –poly3HA و سپس تبدیل آن به استیل كوآ نسبت به تبدیل مستقیم آن به استیل كوآ تنها مصرف یك ATP اضافی را می طلبد . در صورتی كه اگر پلیمر SCL –poly3HA {poly3HA} باشد 5/2 مولكول ATP باید مصرف شود ( شكل – ) . دركنار صرفه جویی در انرژی توانایی MCL –poly3HA در حفظ قدرت احیا (Reducing power) ی مولكول نیز بیشتر است . تبدیل كانوئیك اسید به 3- هیدروكسی كانوئیك اسید تنها منجر به تولید یك FADH می شود و باقی قدرت احیا در مولكول محفوظ می ماند . در مقابل تبدیل آن به 3- هیدوركسی – بوتیریك اسید معادل NADH 5/1 و FADH 4 تولید می كند و قدرت احیای كمتری را در مولكول باقی می گذارد .

در مقابل SCL –poly3HA ها در صورت استفاده از كربوهیدرات ها منابع ذخیره ی بهتری هستند . این امر بدین خاطر است كه تولید MCL –poly3HA از طریق سنتز اسید چرب نیازمند مصرف ATP و قدرت احیای بیشتری است با تجزیه ی آن توسط مسیر بتا – اكسید اسیون .

بنابراین به طور خلاصه در صورت استفاده از سوبستراهای آلیفاتیك MCL –poly3HA یك تركیب ذخیره ای مناسب و در صورت استفاده از سوبسترا های كربوهیدراتی SCL –poly3HA یك تركیب ذخیره ای مناسب است .

بیوسنتز و متابولیسم :

همانطور كه پیشتر اشاره شد ، نوع مونومرهای تشكیل دهنده ی MCL –poly3HA بستگی به نوع منبع كربن حاضر در محیط دارد . مثلا در P.olecvorans بسته به نوع –n آلكانی كه به باكتری داده شود نوع پلیمر محصول متفاوت است . در طی این آزمایشها دیده شده كه این آلكان طی از دست دادن گروههای دو كربنه تجزینه شده اند . بنابراین احتمال اینكه مسیر بتا – اكسید اسیون در سنتز MCL –poly3HA دخیل باشد . مطرح شده این نوع نتایج بعدا تائید شده و ژن های مربوط شناسایی شدند . مسیر معمول سنتز MCL –poly3HA از طریق بتا – اكسیداسیون در شكل – آمده است شكل مقابل بتا- اكسیداسیون مسیر بیوسنتز اسیدهای چرب MCL –poly3HA بدین طریق نیز تولید میشود :

نتایج آزمایشها با طبیعت این مسیرها سازگار هستند . به عنوان مثال رد p.putede kt2442 سه نوع مسیر متفاوت برای تبدیل هگزانوئیك اسید به MCL –poly3HA قابل مشاهده است هگزانوئیك اسید می تواند مستقیما پس طی یك نیم چرخه از بتا – اكسیداسیون تبدیل به 3- هیدروكسی – هگزانوئیك اسید شده و در ساختار PHA شركت كند . یا آنكه در چرخه ی بتا- اكسیداسیون تماما به استیل ـ كوآ تبدیل شده و استیل كوآ برای بیوسنتز مونومرهای مختلف C 6 تا C14 بكار گرفته شود. از طرف دیگر وجود مونومرهای غیر اشباع حاكی از آن است كه سنتز Denevo ی اسیدهای چرب صورت می پذیرد . همچنین مداركی مبنی بر طویل شدن خود هگزانوئیك اسید وجود دارد .

از طرف دیگر تركیباتی بی ارتباط چون گلوكز ، فروكتوز و گلیسرول هم میتوانند به MCL –poly3HA تبدیل شوند . این نوع پلیمرها تنها مونومرهای C8 و C10 دارند . علاوه بر این حضور وابسته به دمای اسیدهای چرب غیر اشباع و قطع تولید MCL –poly3HA در حضور سرولنین (Cerulenin) ( یك مهار كننده ی سنتز اسیدهای چرب ) تبدیل این تركیبات از طریق بیوسنتز اسیدهای چرب ( مسیر دوم ) را تائید می كند .

طراحی فرآیند در دو گونه ی pseudemenas

طراحی فرایند در تولید MCL –poly3HA بیشتر روی بهینه سازی فاكتورهای چون yield , producfivity و درصد poly3HA در بیومس توجه داشته است . تولید MCL –poly3HA در مقیاس پایلوت در مورد p.putida و p. oleovoraw به خوبی مطالعه شده است . این دو گونه تفاوت بسیار زیادی را در شرای تولید نسبت به یكدیگر نشان می دهند .

p.oleovoran به علت حضور پلازمید OCI 1 می تواند از آلكان ها و آلكن ها به عنوان سوبستر استفاده كند . P.putidan قادر به این كار نیست ولی در مقابل می تواند كربوهیدرات را برای تولید MCL –poly3HA مصرف كند . p . putida قادر است MCL –poly3HA را در فاز رشد نمایی ( هنگامی كه منابع به فراوانی در دسترس هستند ) تولید كند ، در حالی كه p. oleovoran تنها در صورتیكه كمبود یكی از منابع رشد را محدود كرده باشد دست به تولید MCL –poly3HA می زند .

  1. olevoran

استفاده از p. oleovoram برای تولید MCL –poly3HA در شرایط fed- batch و پیوسته ( continuom) صورت گرفته است . محیط های رشد دو فازی شامل یك فاز آبی محتوی باكتری و یك فاز آلی اكتان بوده اند . وجود فاز الی در فرمانتوراین امكان را فراهم می سازد كه بدون وارد كردن مرتب تركیبات كربنی ، منبع كربن باكتری همواره تامین باشد . پس ازیك فاز batch اولیه ( 48 ساعت ) غلظت بیومن به 1-gl1/37 رسد كه حاوی %33 و MCL –poly3HA بود . پس از این زمان نیتروژن به صورت منبع محدود در آمد . به طور كل pooductivity معادل 1-gh1- h 25/0 بدست آمده است .

كشت در شرایط پیوسته با نرخ رشد 1-h 05/0 در اكثر productivity 1- gl 58/0و حداكثر غلظت بیومس 1-gh1- l58/0انجام شده ولی در شرایط محتوای MCL –poly3HA به 20% كاهش یافت . به نظر می رسد كه توانایی نگهداری بیو پلیمر را كاهش می دهد .

برای بهتر شدن كار ، محیط های كشت برای نتیجه دادن چگالی حدود 1- gl 100 سلول تنظیم شدند . در شرایط fed – batch بیشینه ی غلظت بیومس به1- gl 12 و priductivity بیومس بهgl -1 8/1 افزایش یافت . اما productivity ، MCL –poly3HA پایین و در حدود 1-gh1- l34/0 بود . ارائه ی همین شرایط به محیط chemistat كه در بالا معرفی شد نیز موجب افزایش درصد بیوپلیمر نشده و محتوای MCL –poly3HA در سلول در حدود 10% باقی مانده . علت پایین ماندن متحوای MCL –poly3HA در این شرایط هنوز مشخص نیست . فمانتاسیون fed –batch دیگری نیز با سوبسترای اكتانول و اكتانوآت انجام شد و در حضور اكسیژن خالص درصد MCL –poly3HA به %37 و pooductivity به 1-gh1- l 3/9 رسید . به علت تجمع سمی اكتانوآت غلظت های بالاتر بیومس غیر قابل دسترسی بود .

یك فرایند بهینه و كارا كه برای تولید بیشتر MCL –poly3HA به كار گرفته شد شامل دو مرحله ی پیوسته بود . در مرحله‌ی نخست بیومس تولید شد و در مرحله‌ی دوم MCL –poly3HA در غیاب نیتروژن به %63 محتوای سلول به productivity ،       1-gh1- l06/1 رسید . این رقم بیشترین مقدار تولید شده ی MCL –poly3HA در pl oloeavoram تاكنون (1997) است .

  1. putide

برای تولید MCL –poly3HA توسط p.putida ، برخلاف p.oleovoram نیازی نیست كه باكتری حتما در شرایط كمبود منبع قرار داده شود . از طرف دیگر p.putida قادر به مصرف آلكان ها و آلكن ها نیست و در عوض از اسیدهای چرب به عنوان منبع كربن برای این باكتری استفاده شده است . از اسیدهای چرب نمی توان به عنوان فاز دوم در فرمانتور استفاده كرد چون غلظت بالای آنها برای باكتری ها سمی است . در شرایط پیوسته p . putida با استفاده از اولئیك اسید MCL –poly3HA را با محتوای %33 در غلظت 1-gl 30 و با pooductivity ، 1-gh1- l67/0 تولید كرده است .

برای آزمایش شرایط fed – bafch روی این باكتری نیاز بود كه غلظت اسیدهای چرب به طریقی سنجیده و تنظیم شود كه بالا رفتن آن باعث ممانعت از تولید نشده و پایین آمدن آن نیز ادامه رشد باكتری ها را محدود نكند . روش های HPLC برای سنجش تركیبات آلیفاتیك معرفی شده اند ولی این روشها كارایی لازم را برای سنجش اسیدهای چرب طویل در محیط آبی ندارند . در عوض ، برای تامین شرایط مطلوب Exhansticn سوبسترا كه به خاطر افزایش ناگهانی غلظت اكسیژن ایجاد می شد به عنوان سیگنالی برای وارد كردن مقداری اسید چرب ( به صورت یك پالس ) به محیط در نظر گرفته شد . به این ترتیب و مدت زمانی كمبود اسید چرب حداقل و امكان مسمومیت نیز كاهش یافت . با استفاده از اسیدهای چرب روغن نارگیل به عنوان سوبسترا در این مسمویت نیز كاهش یافت . با استفاده از اسیدهای چرب روغن نارگیل به عنوان سوبسترا در این فرایند1- gl131 بیومس پس از 36 ساعت بدست آمد كه محتوی %59 MCL –poly3HA با pooductivity  ،1-gh1- l3/2 بود كه بالاترین میزان گزارش شده تاكنون است . همین آزمایش با اسیدهای چرب حاصل از تركیبات دیگری نظیر با مخلوطی از آنها با موفقیت انجام شده است كه امكان تولید MCL –poly3HA با مونومرهای مختلف فراهم ساخته است. این نتایج نشان می دهند كه فرایند fed-batch برای p.putida مناسب است و بیومن پایین كه در chemiytat ایجاد می شود ، cale – up آن را از لحاظ اقتصادی مشكل می كند.

تنظیم مونومرهای MCL –poly3HA

همانطور كه در بخش بیوشیمی گفته شد، چرخه های بتا –اكسیداسیون بیوسنتز اسیدهای چرب، در متابولیسم MCL –poly3HA دخیل هستند . ازآنجا كه اعضای این چرخه ها و همچنین آنزیم های سنتز كننده ی PHA شدت غیر اختصاصی هستند. دستكاری و تعیین مونومرهای تشكیل دهنده ی MCL –poly3HA از طریق تغییر سوبستر امكان پذیر است .

طول و عدم اشباعیت مونومرهای MCL –poly3HA . استفاده از اولئیك اسید ( یك پیوند غیر اشباع و 3- هیدوركسی – اسید چرب های 3: 16c و 3: 14 c به ترتیب باعث حضور مونومرهای دارای یك، دو و سه پیوند غیر اشباع در MCL –poly3HA       می شود. همچنین استفاده از مخلوطی از اكتان و 1- اكتن بسته به نوع 1- اكتن میزان پیوندهای غیر اشباع بین % 0 تا % 50 تغییر می كند. همچنین استفاده از اسیدهای چرب، آلكان ها و یا آلكن های با طول های مختلف حضور مونومرهای متناسبی را در MCL –poly3HA باعث می شود و در صورت استفاده از مخلوط ها نوع مونومرها بستگی به نسبت سوبستراهای استفاده شده دارد. MCL –poly3HA با استفاده از اسیدهای چرب حاصل از مازاد تولیدات صنعتی نظیر talleil نیز قابل تولید است و بنابراین راه حل خوب و ارزانی برای تجدید بسیاری از منابع محسوب میشود. جالب اینجاست كه مگر در مورد مونومرهای         دار و گروه بزرگی از تك مونومرهای با فراوانی پایین ، ساختار كلی MCL –poly3HA تفاوت چندانی با پلیمر حاصل از اولئیك اسید نداشته است.

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

با فرمت ورد

Leave a comment