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
- Einleitung
- Problemstellung
- Aufgabenstellung und Ziel der Arbeit
- Theoretischer Teil
- Biochemische Grundlagen
- Allgemeines zu Proteinen
- Hühnereiweiß-Lysozym (HEWL)
- Bovine Serum Albumin (BSA)
- Grundlagen der Kristallisation
- Kristallisationskinetik
- Kristallstruktur und Habitus
- Prozesstechnische Grundlagen
- Energieeintrag
- Reaktionstechnische Berechnungen
- Grundlagen der Filtration
- Biochemische Grundlagen
- Experimenteller Teil
- Materialien und Methoden
- Kristallisation
- Filtration
- Kristallisationen
- Kristallisation von HEWL ohne Energieeintrag
- Kristallisation von HEWL im Rührkessel
- Kristallisation von BSA ohne Energieeintrag
- Kristallisation von BSA im Rührkessel
- Filtrationen
- Ergebnisse
- Kristallisation von Lysozym ohne Energieeintrag
- Rührkesselversuche mit Lysozym
- Kristallisation von BSA ohne Energieeintrag
- Rührkesselversuche mit BSA
- Filtrationsergebnisse
- Diskussion
- Beurteilung der HEWL-Kristallisationen
- Bewertung der Kristallisation von BSA
- Materialien und Methoden
- Zusammenfassung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Optimierung der Proteinkristallisation im Hinblick auf die Filtrationseigenschaften des Präzipitats. Ziel ist es, die Kristallisation von zwei Modellproteinen, HEWL und BSA, unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen und die Auswirkungen auf die anschließende Filtration des Kristallisats zu analysieren.
- Untersuchung der Kristallisation von HEWL und BSA unter verschiedenen Bedingungen
- Bewertung der Filtrationseigenschaften des Kristallisats in Abhängigkeit von den Kristallisationsbedingungen
- Optimierung der Kristallisationsprozesse zur Verbesserung der Filtrationseigenschaften
- Analyse der Auswirkungen des Energieeintrags auf die Kristallisation und Filtration
- Entwicklung von praktikablen Verfahren zur Kristallisation von Proteinen mit optimierten Filtrationseigenschaften
Zusammenfassung der Kapitel
Das erste Kapitel bietet eine Einleitung in die Problemstellung der Proteinkristallisation und die Notwendigkeit der Optimierung der Filtrationseigenschaften des Präzipitats. Es werden die Ziele der Arbeit sowie die methodische Vorgehensweise erläutert.
Der zweite Kapitel befasst sich mit den theoretischen Grundlagen der Arbeit. Hier werden die wichtigsten Aspekte der Proteinkristallisation und Filtration behandelt. Es werden die biochemischen Grundlagen von Proteinen, die Prinzipien der Kristallisation und die relevanten prozesstechnischen Aspekte erläutert.
Der dritte Kapitel beschreibt den experimentellen Teil der Arbeit. Es werden die verwendeten Materialien und Methoden detailliert dargestellt, sowie die durchgeführten Kristallisationen und Filtrationen.
Der vierte Kapitel präsentiert die Ergebnisse der durchgeführten Experimente. Die Ergebnisse der Kristallisationen und Filtrationen werden analysiert und in Bezug auf die Zielsetzung der Arbeit diskutiert.
Schlüsselwörter
Die Diplomarbeit behandelt Themen wie Proteinkristallisation, Filtration, Kristallisationseigenschaften, Filtrationsergebnisse, Energieeintrag, HEWL, BSA, Proteinpräzipitat, Kristallisationsprozesse, Optimierung, methodische Vorgehensweise.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing. (Univ.) Kevin Moritz (Autor:in), 2006, Optimierung der Proteinkristallisation im Hinblick auf Filtrationseigenschaften des Präzipitats, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/69397
