Zuerst wird in dieser Arbeit untersucht, welche Parameter die Proteinkristallisation beeinflussen. Dabei wird die Ausprägung dieser Einflussgrößen auf die Kristallisierbarkeit von Proteinen ermittelt und die Eigenschaften der Kristallisationsprodukte eruiert. Besonderes Interesse gilt hierbei der Filtrierbarkeit von Kristallsuspensionen. Ziel ist es, eine Erleichterung und Verkürzung der Filtration durch systematische Anpassung der Kristallisationsbedingungen zu erreichen. Für einen späteren Vergleich der Filtrationseigenschaften werden hierfür die Filtrationswiderstände an Modellpartikeln bekannter Korngrößenverteilung gemessen.
In ausgewählten Systemen bestehend aus Puffer, Salz und dem Protein Lysozym oder Albumin werden zunächst in Gefäßen ohne Energieeintrag Bedingungen gesucht, die einen geeigneten Kristallisationsbereich eingrenzen. Variablen sind hierbei Temperatur, Proteinkonzentration, pH-Wert, Salzart, Salzkonzentration und die Dauer der Kristallisation. Für die unterschiedlichen Bedingungen werden die Produkteigenschaften wie Partikelgröße und Morphologie mit dem Mikroskop sowie die Kinetik der Proteinkristallisation untersucht.
Mit der Erkenntnis geeigneter Kristallisationen werden dann Experimente in diskontinuierlich arbeitenden Rührkesseln mit verschiedenen verfahrenstechnischen Parametern durchgeführt, welche eine mechanische Abtrennung mittels Druckfiltration ermöglichen. Das Ergebnis der Kristallisation und Filtration hängt sowohl von der Wahl der chemischen als auch der verfahrenstechnischen Einflüsse ab. Hinsichtlich der chemischen Einflüsse gilt es, eine Optimierung von Salzkonzentration, Salzart sowie Proteinkonzentration bei gleichzeitiger Erhaltung der Proteinaktivität durchzuführen. Bezüglich verfahrenstechnischer Parameter sind bei der Kristallisation die Temperatur, Rührerdrehzahl und die Geometrie des Rührkörpers maßgeblich. Außerdem ist es wichtig, die Verweilzeit des Präzipitats im Rührkessel so zu wählen, dass einerseits möglichst viele Kristalle gewonnen, andererseits diese nicht wieder durch zu langes Rühren zerstört werden. Die durchgeführten Rührkesselkristallisationen sind anhand der Kristallisationskinetik, der Korngrößenverteilung und der Produktbeschaffenheit zu beurteilen. Im Rührkessel hergestellte Kristalle sind bezüglich ihrer Qualität mit geeigneten Methoden zu untersuchen. Nach Beendigung der Kristallisation sollen die Filtrationseigenschaften in einer Druckfiltrationsanlage bestimmt werden.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Problemstellung
- 1.2 Aufgabenstellung und Ziel der Arbeit
- 2 Theoretischer Teil
- 2.1 Biochemische Grundlagen
- 2.1.1 Allgemeines zu Proteinen
- 2.1.2 Hühnereiweiß-Lysozym (HEWL)
- 2.1.3 Bovine Serum Albumin (BSA)
- 2.2 Grundlagen der Kristallisation
- 2.2.1 Kristallisationskinetik
- 2.2.2 Kristallstruktur und Habitus
- 2.3 Prozesstechnische Grundlagen
- 2.3.1 Energieeintrag
- 2.3.2 Reaktionstechnische Berechnungen
- 2.4 Grundlagen der Filtration
- 3 Experimenteller Teil
- 3.1 Materialien und Methoden
- 3.1.1 Kristallisation
- 3.1.2 Filtration
- 3.2 Kristallisationen
- 3.2.1 Kristallisation von HEWL ohne Energieeintrag
- 3.2.2 Kristallisation von HEWL im Rührkessel
- 3.2.3 Kristallisation von BSA ohne Energieeintrag
- 3.2.4 Kristallisation von BSA im Rührkessel
- 3.3 Filtrationen
- 3.4 Ergebnisse
- 3.4.1 Kristallisation von Lysozym ohne Energieeintrag
- 3.4.2 Rührkesselversuche mit Lysozym
- 3.4.3 Kristallisation von BSA ohne Energieeintrag
- 3.4.4 Rührkesselversuche mit BSA
- 3.4.5 Filtrationsergebnisse
- 3.5 Diskussion
- 3.5.1 Beurteilung der HEWL-Kristallisationen
- 3.5.2 Bewertung der Kristallisation von BSA
- 4 Zusammenfassung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit untersucht die Optimierung der Proteinkristallisation von Hühnereiweiß-Lysozym (HEWL) und Bovinem Serum Albumin (BSA) im Hinblick auf die Filtrationseigenschaften des resultierenden Präzipitats. Das Ziel ist es, die Prozesse so zu optimieren, dass eine effizientere Filtration erreicht wird.
- Einfluss verschiedener Kristallisationsmethoden auf die Filtrationseigenschaften
- Vergleich der Kristallisationseigenschaften von HEWL und BSA
- Optimierung der Prozessparameter für eine verbesserte Filtration
- Analyse der Filtrationskinetik
- Bewertung der erzielten Ergebnisse und Ausblick auf zukünftige Forschung
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Thematik der Proteinkristallisation und deren Bedeutung für verschiedene Anwendungen ein. Sie beschreibt die Herausforderungen, die mit der Filtration von Proteinkristallen verbunden sind, und formuliert die Problemstellung der Arbeit. Die Aufgabenstellung und die Ziele der Arbeit werden klar definiert, um den Rahmen der Untersuchung abzustecken.
2 Theoretischer Teil: Dieser Abschnitt liefert das notwendige Hintergrundwissen über die biochemischen Grundlagen von Proteinen, insbesondere HEWL und BSA. Es werden die grundlegenden Prinzipien der Kristallisation, einschließlich der Kristallisationskinetik und der Kristallstruktur, erläutert. Die prozesstechnischen Grundlagen der Kristallisation und Filtration werden detailliert beschrieben, einschließlich der relevanten Berechnungen und Modellansätze. Dieser Teil legt die wissenschaftliche Basis für die experimentelle Arbeit.
3 Experimenteller Teil: Dieser Kapitel beschreibt die Materialien und Methoden, die in der experimentellen Arbeit verwendet wurden. Die Durchführung der Kristallisationen von HEWL und BSA unter verschiedenen Bedingungen (mit und ohne Energieeintrag) wird detailliert dargestellt, ebenso wie die anschließenden Filtrationen. Die methodischen Ansätze werden präzise erläutert, um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.
3.4 Ergebnisse: Dieses Kapitel präsentiert die Ergebnisse der durchgeführten Experimente. Die gewonnenen Daten zur Kristallisation von HEWL und BSA unter verschiedenen Bedingungen werden detailliert dargestellt und durch Tabellen und Abbildungen visualisiert. Die Filtrationsergebnisse werden umfassend analysiert und interpretiert. Die Daten liefern die Grundlage für die Diskussion der Ergebnisse im nächsten Kapitel.
3.5 Diskussion: In diesem Kapitel werden die im vorherigen Kapitel präsentierten Ergebnisse eingehend diskutiert. Die beobachteten Effekte werden interpretiert und in den Kontext des theoretischen Hintergrundwissens eingeordnet. Es werden Schlussfolgerungen gezogen und mögliche Gründe für die beobachteten Unterschiede in den Filtrationseigenschaften der Kristalle diskutiert. Die Stärken und Grenzen der angewandten Methoden werden kritisch bewertet.
Schlüsselwörter
Proteinkristallisation, Hühnereiweiß-Lysozym (HEWL), Bovines Serum Albumin (BSA), Filtration, Kristallisationskinetik, Kristallstruktur, Prozessoptimierung, Reaktionstechnik, Energieeintrag, Filtrationsergebnisse.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Diplomarbeit: Optimierung der Proteinkristallisation von HEWL und BSA
Was ist das Thema dieser Diplomarbeit?
Die Diplomarbeit untersucht die Optimierung der Proteinkristallisation von Hühnereiweiß-Lysozym (HEWL) und Bovinem Serum Albumin (BSA) mit dem Fokus auf die Verbesserung der Filtrationseigenschaften des resultierenden Präzipitats. Ziel ist eine effizientere Filtration.
Welche Proteine werden untersucht?
Die Arbeit konzentriert sich auf zwei Proteine: Hühnereiweiß-Lysozym (HEWL) und Bovines Serum Albumin (BSA).
Welche Methoden werden zur Kristallisation verwendet?
Es werden verschiedene Kristallisationsmethoden eingesetzt, darunter Kristallisation mit und ohne Energieeintrag (z.B. Rühren im Rührkessel).
Welche Aspekte der Kristallisation werden untersucht?
Die Arbeit untersucht den Einfluss verschiedener Kristallisationsmethoden auf die Filtrationseigenschaften, vergleicht die Kristallisationseigenschaften von HEWL und BSA, optimiert Prozessparameter für eine verbesserte Filtration und analysiert die Filtrationskinetik.
Wie ist die Arbeit strukturiert?
Die Arbeit gliedert sich in eine Einleitung, einen theoretischen Teil, einen experimentellen Teil (Materialien und Methoden, Kristallisationen, Filtrationen, Ergebnisse, Diskussion) und eine Zusammenfassung. Der theoretische Teil umfasst biochemische Grundlagen, Grundlagen der Kristallisation und Filtration sowie relevante Berechnungen. Der experimentelle Teil beschreibt detailliert die durchgeführten Experimente und deren Ergebnisse.
Welche Ergebnisse werden präsentiert?
Die Ergebnisse der Kristallisationen von HEWL und BSA unter verschiedenen Bedingungen werden detailliert dargestellt und durch Tabellen und Abbildungen visualisiert. Die Filtrationsergebnisse werden umfassend analysiert und interpretiert.
Was sind die wichtigsten Schlussfolgerungen der Arbeit?
Die Diskussion der Ergebnisse beinhaltet eine Beurteilung der HEWL- und BSA-Kristallisationen und zieht Schlussfolgerungen über die Optimierung der Prozessparameter für eine verbesserte Filtration. Die Stärken und Grenzen der angewandten Methoden werden kritisch bewertet.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit am besten?
Proteinkristallisation, Hühnereiweiß-Lysozym (HEWL), Bovines Serum Albumin (BSA), Filtration, Kristallisationskinetik, Kristallstruktur, Prozessoptimierung, Reaktionstechnik, Energieeintrag, Filtrationsergebnisse.
Wo finde ich detailliertere Informationen zum Ablauf der Experimente?
Die detaillierte Beschreibung der Materialien, Methoden und der Durchführung der Experimente befindet sich im Kapitel "Experimenteller Teil" der Diplomarbeit.
Welche Bedeutung hat diese Arbeit für die Forschung?
Die Arbeit liefert Erkenntnisse zur Optimierung der Proteinkristallisation und Filtration, was für verschiedene Anwendungen in der Biotechnologie und anderen Bereichen relevant ist. Die Bewertung der Ergebnisse und der Ausblick auf zukünftige Forschung im letzten Kapitel geben Aufschluss über weiterführende Forschungsfragen.
- Quote paper
- Dipl.-Ing. (Univ.) Kevin Moritz (Author), 2006, Optimierung der Proteinkristallisation im Hinblick auf Filtrationseigenschaften des Präzipitats, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/69397
