Investigation of Carbohydrate Hydrolysing Enzymes in Applications for Characterisation and Synthesis of Carbohydrates

Abstract: Popular Abstract in Swedish Cellulosa och stärkelse är naturligt förekommande polysackarider, som är uppbyggda av långa rader av flera tusen sammanbundna glukosmolekyler. De är biologiskt nedbrytbara, billiga och dessutom förnyelsebara, och används mycket som råvaror i läkemedels-, livsmedels-, textil-, pappers- och byggnadsindustrin. För att cellulosa och stärkelse ska kunna användas industrellt måste de vanligtvis förändras så att de får andra och ibland helt nya egenskaper. Detta görs genom kemisk modifiering d.v.s. en eller flera kemiska grupper (sk substituenter) sätts på de sammanbundna glukosmolekylerna. Vilka substituenter man använder beror på vilka egenskaper man vill att producten ska ha. Den industritillverkade polysackaridens funktion påverkas också av var de kemiska grupperna är placerade, både inom varje enskild glukosmolekyl och längs med polymerkedjan. Industrin är naturligtvis mycket intresserad av att få veta mera om hur polymerenas ursprungliga egenskaper och tillverkningsprocessen påverkar den färdiga modifierade produkten. Ett sätt att komma åt detta samband är att analysera den modifierade polysackaridens kemiska struktur. Det finns en mängd olika analytiska tekniker att ta till, men det finns ingen ?universalteknik? som kan ge hela svaret. Därför måste man använda en kombination av flera tekniker, som tillsammans kan ge en ungefärlig bild av hur strukturen ser ut. Eftersom cellulosa- och stärkelsepolymerer är alldeles för stora för de flesta analysinstrument behöver de klyvas i mindre delar innan de kan analyseras. Märkligt nog påverkar inte det resultatet av analysen, eftersom delarna speglar hela polymeren. Antingen kan polymererna klyvas slumpmässigt lite var som helst, genom att man tillsätter en stark syra eller så kan de klyvas på ett mer systematiskt sätt med hjälp av enzymer. (Enzymer är biologiska molekyler som påskyndar kemiska reaktioner.) Enzymerna hydrolyserar ned polymererna till mindre bitar. Hur stora bitarna blir beror på hur polymeren är substituerad, eftersom vissa substituenter helt eller delvis stoppar enzymerna. För att kunna veta om och i så fall var och av vad enzymerna hindras (olika enzymer påverkas olika mycket), måste de först karakteriseras innan de kan användas i arbetet med att karakterisera polymerena. Ett av målen med denna avhandling har varit att utveckla nya metoder för att analysera dessa nedklyvna bitar med hjälp av olika analytiska instrument i syfte att använda dessa nya metoder för att kartlägga olika enzymers funktion.I detta kartläggningsarbete är det emmelertid inte bara hydrolysens slutproducter som är intressanta. Man behöver också ta reda på vad som händer under processens gång, hur enzymet klyver och vilka mellanprodukter som bildas. Det innebär att bra analysmetoder också måste kunna följa under tiden den pågår. Enzymer kan inte bara användas för att klyva polymerer, de kan dessutom användas för att syntetisera eller sätta samman nya, större molekyler från monomerer och andra mindre molekyler. I ett arbete har vi visat hur man kan tillverka hexylglukosider med hjälp av enzymer fastsatta i en reaktor. Enzymsyntes har många fördelar i jämförelse med kemisk syntes. Man kan använda vattenbaserade system och slippa ifrån farliga kemikalier som används idag. Vidare kan man uttnyttja enzymernas specificitet för att syntetisera en specifik produkt istället för att få en blandning av snarlika som sedan måste delas/renas upp.