Maliszewska, zielona chemia, pytania i odpowiedzi.docx

pytanie

odpowiedź

1. Co to są biosurfaktanty? Wymień kilka rodzajów

Drobnoustrojowe związki powierzchniowo czynne. Wykorzystanie:
1)desorpcja metali (np. ołowiu, kadmu) z powierzchni hydrofobowych i tworzenie z tymi metalami trwałych polaczeń. Przykładowy Schemat działania: a) cząsteczka metalu adsorbuje się na powierzchni gleby; b)surfaktant gromadzi się na granicy fazy stałej-roztworu glebowego, obniżając napięcie międzyfazowe oraz kompleksując kation metalu przez swoja anionowa cześć; c) przejście kompleksu biosurfaktant-metal ciężki do roztworu glebowego; d) stabilizacja kompleksu, przez tworzenie przez biosurfaktant miceli
Przykłady: a)surfaktyna (z Bacillus subtilis) b) ramnolipidy (z Pseudomonas aeruginosa)
2)Bioremediacja gleb i wód zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi (bakterie robią biosurfaktanty by mieć łatwiejszy dostęp do tych ropopochodnych, które stanowią dla nich pożywienie). Usuwanie ropopochodnych może być wykonywane zarówno w zbiornikach jak i w miejscu pojawienia się zanieczyszczenia
Przykłady: lichenizyna (z Bacillus licheniformis)

Biosurfaktanty są to substancje powierzchniowo czynne pochodzenia naturalnego. Składają się z części hydrofobowej (kwas tłuszczowy lub jego pochodna) i części hydrofilowej (węglowodany aminokwasy, peptydy, alkohole itp.). Pochodzące z mikroorganizmów, prawie zawsze mają taki sam ogon hydrofobowy.
Najczęściej klasyfikowane po budowie:
- glikolipidy    
- lipopolisacharydy
glikolipidy -> węglowodany + kwasy tłuszczowe (lub hydroksykwasy)
ramnolipidy -> ramnoza + kwasy β-hydroksypropanowy     (lub analog)
          -> produkowane przez Pseudomonas
trehalolipidy -> Mycobacterium, Nocardia, Corynebacterium
           -> trehaloza + kwas mykolowy
           -> bywają toksyczne

2. Co znaczy słowo biocyd

(bios - życie, caedere - zabijać) związki syntetyczne lub pochodzenia naturalnego używane w wielu gałęziach przemysłu. Stosowane do zwalczania organizmów szkodliwych poprzez działanie chemiczne lub biologiczne (produkty biobójcze oraz biobójcze substancje czynne)

3. Na czym polega mechanizm działania AMP?

(antimicrobial peptides - najbardziej prymitywne mechanizmy obronne, są to małe peptydy o dodatnim ładunku, o właściwościach przeciwwirusowych, bakteryjnych i grzybiczych - ochraniają przed pasożytami). Mechanizm: dezintegracja osłon komórkowych, wiążą się z błoną poprzez oddziaływania elektrostatyczne z ujemnie naładowanymi lipidami; kotwiczenie i zmiany struktury; mogą też akumulować się we wnętrzu i hamować syntezę DNA, RNA czy enzymów. Ogólnie “robią dziury w błonach komórkowych, akumulują do wnętrza i hamują syntezę różnych związków gospodarza”

4. Na czym polega mechanizm zwalczania patogenu?

A to nie jest ta sama odpowiedź co wyżej? Niszczenie osłon komórkowych patogenu tak, aby spowodować “wypłynięcie” zawartości komórki. Dziurawienie błon, odkładanie się na powierzchni i powodowanie jej pękania.

5. Gdzie stosowana jest nizyna?

Nizyna jest powszechnie stosowana w przemyśle spożywczym jako naturalny konserwant (E234)- do konserwowania produktów żywnościowych, tj. mleka spożywczego, napojów mlecznych, serów, produktów mięsnych i rybnych. Jej dodatek do produktów mięsnych, serów topionych, jak i do mleka przy produkcji serów, zapobiega rozwojowi bakterii masłowych, a tym samym wzdymaniu; Obecnie podejmuje się próby wykorzystania tej bakteriocyny w leczeniu owrzodzeń układu pokarmowego wywołanych przez Helicobacter pylori.

6. Przebieg fermentacji metanowej(podaj fazy, krótko opisz fazy powstawania biogazu)

·         hydroliza prowadząca do rozkładu polimerów organicznych do związków o prostszej budowie, obejmująca w szczególności rozkład białek do aminokwasów, lipidów do alkoholi i wyższych kwasów tłuszczowych oraz węglowodanów do cukrów prostych

·         acidogeneza, podczas której z produktów hydrolizy wytwarzane są kwasy karboksylowe, głównie walerianowy, mrówkowy i propionowy

·         acetogeneza, podczas której powstaje octan produkowany przez heterotrofy z glukozy oraz przez autotrofy z dwutlenku węgla i wodoru

·         metanogeneza, czyli wytworzenie metanu przez metanogeny z octanu lub na drodze redukcji dwutlenku węgla wodorem

⅔ CH4 powstaje z octanu i alkoholi, ⅓ z redukcji CO2

Faza 1 - hydrolityczna – rozkład (gł. enzymatycznie) substratów polimerowych
Faza 2 – acidogenna (kwasogeneza) – rozkład powstałych związków do krótkołańcuchowych kwasów organicznych/ alkoholi/ aldehydów/ zw. Gazowych CO2 i H2.
Faza 3 – wykorzystanie przez bakterie metanogenne produktów fazy kwasogennej.
Faza 4 – octanogenna – przetwarzanie etanolu i lotnych kw. Tłuszczowych do octanów CO2 i H2 przez bakterie acetogenne (ich zahamowanie prowadzi do akumulacji lotnych kwasów org., co prowadzi do obniżenia pH, a to powoduje zahamowanie wzrostu metanogenów. Wówczas inaktywują się homoacetogeny, które podwyższają pH i pojawiają się metanogeny)
faza 5 – metanogenna – produkcja metanu przez bakterie metanowe, 2/3 CH4 powstaje octanów lub alkoholi, 1/3 z redukcji CO2

7. Podaj 2-3 zasady zielonej chemii

1.Zapobieganie.-lepiej jest zapobiegać wytwarzaniu odpadów niż prowadzić utylizację po ich wytworzeniu.
2. Oszczędność-maksymalne zużycie surowców-ekonomia atomów.
3.Efektywne wykorzystanie energii-szukanie łagodniejszych warunków prowadzenia reakcji.(niższa temperatura, ciśnienie)

8. Jakie cechy są charakterystyczne dla nanocząsteczek metali-rozmiary, rezonans magnetyczny

Nanocząsteczki różnią od tych makroskopowych właściwościami optycznymi, elektronowymi i chemicznymi. Kiedy rozmiar się zmniejsza, cząsteczki takie mogą się na przykład zachowywać jak kropki kwantowe. Nanocząsteczki metali wykazują wyjątkowe właściwości elektronowe i optyczne, i tak przykładowo złoto z nierozpuszczalnego może stać się rozpuszczalne, miedź z nieprzezroczystej przezroczysta, a aluminium stać się łatwopalne. Nowe właściwości stwarzają nowe zastosowania.

Nanocząsteczki mają duży stosunek powierzchni do objętości. Światło, które ma długość większą od wielkości nanocząsteczki powoduje jej drgania - plazmonowy rezonans powierzchniowy. Jego uwidocznieniem są rożne barwy nanometali. Jednym z czynników wpływających na kolor jest kształt i rozmiar, np. im większe sfery tym bardziej fioletowe, nanorurki - od fioletu przez zielenie do brązu w zależności od stosunku długości do średnicy. Wpływ ma też odległość między atomami oraz to, co znajduje się między nanoczastkami. Dodatkowo im nanoczastki są mniejsze, tym bardziej absorbują, a im większe tym bardziej rozpraszają promieniowanie. Współczynnik rozpraszania dla nanozłota jest np. kilka razy większy od barwników fluorescencyjnych.

9. 3 przykłady zastosowania nanocząstek metali.

1. Srebro ma silne właściwości przeciwdrobnoustrojowe, czyli wszędzie tam, gdzie nie chcemy ich mieć (ja zapamiętałam z wykładu deskę sedesową, tzn. deska sedesowa z powłoką nanosrebra ;) również w tkaninach, żeby zabić bakterie powodujące zapach odzieży)
2. W medycynie, jako powłoki różnych  implantów czy protez, chroniące je i pozwalające na dłuższe użytkowanie. Również do obrazowania - obrazy guzów nowotworowych tzw. Magnetic Resonance Imagining.
3. W farmakoterapii - zamykanie różnego typu substancji czynnych w nanocząstkach, czyli jako nośniki, dostarczające leki np. do zniszczonych regionów wewnątrz organizmu

10. Mechanizm antagonistycznego działania drożdży.

1. Współzawodnictwo o składniki odżywcze i przestrzeń życiową
2.Produkcja czynników antybiotycznych (Pseudozymy-antybiotyki zawierające kw. tłuszczowe)
3.Toksyny kilerowe-wiążą struktury polisacharydowe ścian komórkowych
4.Produkcja enzymów litycznych(chitazyny, glukonazy)
5.Indukcja odporności roślin

11. Na czym polega biologiczna synteza nanometali - podaj przykłady zastosowania tych manostruktur?

Do tej pory opisano kilkanaście organizmów zdolnych do syntezy nanocząstek
różnych metali. Wśród nich znajdują się przedstawiciele bakterii, grzybów i roślin.
Biosynteza nanocząstek zachodzi na różnych drogach, jednak ich wspólną cechą, tak samo jak w przypadku chemicznej syntezy, jest redukcja jonów skutkująca utworzeniem elementarnych cząstek metali. Mikroorganizm wychwytuje ze środowiska jony metali oraz przekształca je w metale elementarne dzięki specjalnie wytworzonym enzymom. Można to podzielić na syntezę zewnątrz- i wewnątrzkomórkową. Wewnątrzkomórkowa polega na transporcie jonów do komórki mikroba i tam przemianie enzymatycznej, natomiast zewnątrzkomórkowa synteza odbywa się na powierzchni.
Biosyntetyzowane nanocząsteczki mają wiele zastosowań: nośniki leków, terapie przeciwnowotworowe, terapie genowe, analiza DNA.

12. Co to są biocydy- podaj przykłady ich stosowania

I. Jako produkty biobójcze: produkty dezynfekujące, produkty biobójcze o działaniu ogólnym (higiena człowieka, weterynaria, woda, powierzchnia).
II. Jako produkty konserwujące: opakowania zamknięte, powłoki drewna, włókien, skóry, konstrukcji murowych, również jako płyny chłodzące, przeciw powstawaniu śluzu, płynów w obróbce metali
III. Jako biobójcze do zwalczania szkodników - gryzonie, mięczaki, roztocza itp.
IV. Jako środki konserwujące żywność, środki żywienia zwierząt, ogólnie w celu ochrony przed szkodliwymi czynnikami biologicznymi

13. Na czym polegają biologiczne metody usuwania ropopochodnych?
 

Do usuwania ropopochodnych (paliwo, oleje napędowe, paliwo lotnicze, benzen, toluen, ksylen, naftalen) stosowana jest bioremediacja -  usuwanie tych zanieczyszczeń z gleby i wód podziemnych za pomocą żywych mikroorganizmów jako naturalnych katalizatorów transformacji w formy mniej szkodliwe (np. naturalne zdolności mikroorganizmów do rozkładu węglowodorów ropy naftowej). Bioremediacja może być in situ-w miejscu skażenia
- wewnętrzna: przy użyciu mikroorganizmów występujących naturalnie w miejscu skażenia
- przyspieszona: mikroorganizmy występujące naturalnie w tym środowisku +dodawanie substratów i składników odżywczych przyspieszających ich wzrost
np. - biowentylacja: napowietrzanie gleby i dostarczanie do miejsca skażenia składników odżywczych stymulujących wzrost MO
- bioagumentacja: wprowadzenie do gleby dodatkowych organizmów przyspieszających proces degradacji
-...