Modelowanie reakcji enzymatycznej depolimeryzacji metodą Monte Carlo

• Autorzy: Wojciechowski P.

Warianty tytułu

EN

Modelling of enzymatic depolymerisation reactions using Monte Carlo method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

EN

Enzymatic processes of polymer decomposition can be very accurately modelled using both stochastic methods and deterministic methods. The main aim of this paper is to analyse various aspects of the use of both methods. The problem of expressing the concentration of each set of substrates and products as an explicit function of time, in the case of the multisubstrate system, is considered through an example of amylolytic starch hydrolysis. The second part of this paper presents the basic concept and outline of the Monte Carlo method adopted to describe processes of enzymatic polymer degradation has been shown. The presented iteration model is probably the simplest algorithm which allows to describe both multienzymatic and multisubstate reactions giving concentration evolution of all participants in the investigated system. Action of various kinds of inhibition, enzyme inactivation, reverse reaction, single and multiple chain reactions can be accurately simulated. This method can be applied to obtain a product with desired properties. In addition, the model can be used to predict hydrolysis patterns of starch by different amylases, too. To check the validity of the model against the experimental data the process of starch hydrolysis by mixture of three amylolytic enzymes has been simulated and the results presented. Agreement between simulated and experimental data through the course of the reaction was excellent in all the reaction stages.

Słowa kluczowe

PL

depolimeryzacja; model deterministyczny; metoda Monte Carlo

EN

depolymerisation; Monte Carlo method

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Chemiczne
• Czasopismo: Wiadomości Chemiczne
• Rocznik: 2001
• Tom: [Z] 55, 5-6
• Strony: 473--490
• Opis fizyczny: tab., wykr, bibliogr. 29 poz.

Twórcy

autor

Wojciechowski P.

• Instytut Chemii Nieorganicznej i Metalurgii Pierwiastków Rzadkich, Politechnika Wrocławska ul. Smoluchowskiego 23, 50-372 Wrocław

• Instytut Technologii Organicznej i Tworzyw Sztucznych, Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• [1] R.M. Costa, F.X. Malcata, Bioproc. Engn., 1994,10, 155.
• [2] E.M. Steverson, R.A. Koras. W. Admassu, R.C. Heimsch, Enzyme Microbiol Technol., 1984, 6, 549.
• [3] D. Paolucci-Jeanjean, M.-P. Belleville, N. Zakhia, G.M. Rios, Biotechnol. Bioeng., 2000, 68, 71.
• [4] A.O. Converse, J.D. Optekar, Biotechnol. Bioeng., 1993, 42, 145.
• [5] K.N. Waliszewski, M. Garcia, A.& J. De La Cruz Medina, International J. of Food and Technology, 1992, 27, 465.
• [6] A. Marc, J.M. Engasser, M. Moll, R. Flayeux, Biotech. Bioeng., 1983, 25, 481.
• [7] J.W. Parker, C.S. Schwartz, Biotechnol. Bioeng., 1987,30, 724.
• [8] V. Planchot, P. Colonna, A. Buléon, Carbohyd. Res., 1997,298, 319.
• [9] J.M. Sendra, J.V. Carbonell, Biotechnol. Bioeng., 1998, 57, 387.
• [10] T.G. Kurtz, J. Chem. Phys., 1972, 57, 2976.
• [11] I. Oppenheim, K.E. Shuller, G.H. Weiss, J. Chem. Phys., 1969, 50, 460.
• [12] E. Parzeń, Holden-Day, San Francisco, 1962.
• [13] D.T. Gillespie, J. Phys. Chem., 1977,81(25), 2340.
• [14] R.W. Wolff, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ (1989).
• [15] J.-H.Q. Pinto, S. Kaliaguine, AIChE J., 1991,37, 905.
• [16] H. Nakatani, Biopolymers, 1996, 39, 665.
• [17] P.M. Wojciechowski, A. Kozioł, A. Noworyta, Biotechnol. Bioeng., w druku.
• [18] J.V. Carbonell, L. Izquierdo, J.M. Sendra, P. Manzannares, Biotechnol. Bioeng., 1998,60,105.
• [19] J. Bryjak, Biotechnologia, 1999, 44, 180.
• [20] J. Bryjak, Biotechnologia, 1999, 44, 201.
• [21] A. Kimura, J.F. Robyt, Carbohydr. Res., 1995, 277, 87.
• [22] J.T. Park, J.E. Rollings, Biotechnol. Bioeng., 1994, 44, 792.
• [23] K. Hiromi, M. Ohnishi, A. Tanaka, Molecular and Cellular Biochemistry, 1983, 51, 79.
• [24] D. Voet, J.G. Voet, Biochemistry, John Wiley & Sons, Inc., New York-Chichester-Brisbane-Toronto-Singapore, 1990.
• [25] Z.L. Nikolov, M.M. Meagher, P.J. Reilly, Biotech. Bioeng., 1989, 34, 694.
• [26] L.M. Marchai, A.M.J. van de Laar, E. Goetheer, E.B. Schimmelpennink, J. Bergsma, H.H. Beeftink, J. Tramper, Biotechnol. Bioeng., 1999, 63, 344. Informacje udostępnione w sieci Internet:
• [27] http://www.geocities.com/CollegePark/Quad/2435/index.html - Historia powstania metody Monte Carlo.
• [28] http://www.taygeta.com/rwalks/rwalks.html — Opis metody Monte Carlo oraz pojęć łańcuchy Markowa i „losowego chodzenia”.
• [29] http://www.iic.pwr.wroc.pl/~siechu/bio/publikacje/publikacje.html - Strona zawiera wiele szczegółowych informacji na temat omawianego modelu iteracyjnego, w tym definicje funkcji opisującej strukturę rozgałęzioną polimeru oraz algorytmy szczegółowe dla wybranych procesów enzymatycznych.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).