PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 1 PŘÍRODNÍ POLYMERY Bílkovinná vlákna I - KOLAGEN RNDr. Ladislav Pospíšil, CSc. 22112021 Časový plán 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 2 LEKCE téma 1 Úvod do předmětu - Struktura a názvosloví přírodních polymerů, literatura 2 Deriváty kyselin, - přírodní pryskyřice, vysýchavé oleje, šelak 3 Vosky 4 Přírodní gumy, Polyterpeny – přírodní kaučuk, získávání, zpracování a modifikace 5 Polyfenoly – lignin, huminové kyseliny 6 Polysacharidy I – škrob 22. 11. Kasein, syrovátka, vaječné proteiny 30. 11. Bílkovinná vlákna I Bílkovinná vlákna II Polysacharidy II – celulóza Identifikace přírodních látek Laboratorní metody hodnocení přírodních polymerů Bylo již probráno v přednášce 8: Kasein, syrovátka, vaječné proteiny 1.Chemie peptidů a proteinů ( bílkovin) 2.Nadmolekulární stuktura peptidů a proteinů ( bílkovin) 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 3 •P. Mokrejš: Aplikace přírodních polymerů – Návody k laboratorním cvičením z předmětu, skripta UTB Zlín, 2008 •P. Mokrejš, F. Langmaier: Aplikace přírodních polymerů, skripta UTB Zlín, 2008 •Ing. J. Dvořáková: PŘÍRODNÍ POLYMERY, VŠCHT Praha, Katedra polymerů, skripta 1990 •J. Zelinger, V. Heidingsfeld, P. Kotlík, E. Šimůnková: Chemie v práci konzervátora a restaurátora, ACADEMIA Praha 1987, •A. Blažej, V. Szilvová: Prírodné a syntetické polymery, SVŠT Bratislava, skripta 1985 •M. Mrazík: Koželužská technologie, SNTL Praha 1989 •J. Bajzík, P. Múčka: Chemická technológia kože II, ALFA Bratislava 1987 • • • 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 4 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 5 img295.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 6 img270.jpg Obsahuje hodně metod na bílkoviny & aminokyseliny a na dřevo, málo na škrob 1.Zopakování základních pojmů týkajících se BÍLKOVIN (přednáška 8) 2.Vláknité bílkoviny 3.Výroba želatiny a klihu 4.Koželužství 1.Kůže versus useň 2.Postup činění kůží 5.Useň a konzervátor - restaurátor 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 7 1.Zopakování základních pojmů týkajících se BÍLKOVIN (přednáška 8) 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 8 Strukturní hierarchie peptidů a proteinů( bílkovin) •Primární struktura – sled aminokyselin •Sekundární struktura – interakce v rámci jedné makromolekuly •Terciární struktura - interakce v rámci více makromolekul, svazky řetězců nebo nesousedními segmenty polymerního řetězce •Kvartérní struktura – interakce mezi svazky řetězců •Terciární a kvartérní struktury – tomu se budeme věnovat nyní u kolagenu 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 9 Dělení proteinů( bílkovin) podle výskytu dalších složek v makromolekule 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 10 •JEDNODUCHÉ (PROTEINY) – hydrolýzu se štěpí jen na aminokyseliny •SLOŽENÉ (PROTEIDY) – hydrolýzu se štěpí na aminokyseliny, cukry, tuky, … –LIPOPROTEINY (tuky) –GLYKOPROTEINY (cukry) –FOSFOPROTEINY (fostátové skupiny > KASEIN) –CHROMOPEROTEINY (barviva, např. hemoglobin, melamin) – • Dělení proteinů( bílkovin) podle rozpustnosti ve vodě 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 11 •ROZPUSTNÉ (SFÉROPROTEINY) –(TEPLO > KOAGULACE) –Albumin > vaječný bílek –Gluteliny > glutein z pšenice •NEROZPUSTNÉ (SKLEROPROREINY) –Keratiny a a b –Kolageny – – • 2.Vláknité bílkoviny 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 12 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 13 Primary_and other structures bílkoviny 12102015.png Interakce v rámci jedné makromolekuly Interakce v rámci VÍCE MAKROMOLEKUL Dvě možnosti - struktury 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 14 Levels_of_structural_organization_of_a_protein_svg.png Functional proteins have four levels of structural organization: 1) Primary Structure : the linear structure of amino acids in the polypeptide chain 2) Secondary Structure : hydrogen bonds between peptide group chains in an alpha helix or beta 3) Tertiary Structure : three-dimensional structure of alpha helixes and beta helixes folded 4) Quaternary Structure : three-dimensional structure of multiple polypeptides and how they fit together Interakce v rámci jedné makromolekuly Interakce v rámci VÍCE MAKROMOLEKUL Dělení proteinů( bílkovin) podle tvaru molekul či nadmolekulárních útvarů 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 15 •VLÁKNITÉ = FIBRILÁRNÍ > HEDVÁBÍ, VLASY, SVALY, VAZIVA •KULOVÉ = GLOBULÁRNÍ > ENZYMY, VAJEČNÉ A MLÉČNÉ BÍLKOVINY, INSULIN, … • DENATURACE a KOAGULACE proteinů 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 16 denaturace bílkovin.jpg DENATURACE je ROZRUŠENÍ STRUKTURY BÍLKOVINY KOAGULACE je vytvoření nerozpustné formy bílkoviny z původně rozpustné formy fyzikálním působením, např. tepla (např. bílek při vaření vejce) nebo působením chemických činidel. KOAGULACE je jednou z forem DENATURACE KOAGULACE TEPLEM JE OBVYKLE NEVRATNÁ 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 17 Process_of_Denaturation_svg.png Process of Denaturation: 1)Functional protein showing a quaternary structure 2)when heat is applied it alters the intramolecular bonds of the protein 3)unfolding of the polypeptides (amino acids) 1 2 3 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 18 Proces DENATURACE MŮŽE být vratný > RENATURACE denaturave X RENATURACE BÍLKOVIN 28052017.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 19 Denaturation is a process in which proteins or nucleic acids lose the quaternary structure, tertiary structure and secondary structure which is present in their native state, by application of some external stress or compound such as a strong acid or base, a concentrated inorganic salt, an organic solvent (e.g., alcohol or chloroform), radiation or heat.[3] If proteins in a living cell are denatured, this results in disruption of cell activity and possibly cell death. Denatured proteins can exhibit a wide range of characteristics, from loss of solubility to communal aggregation Protein_Denaturation.png 290px-Chemical_precipitation_diagram_svg.png KOAGULACE TEPLEM ANALOGIE se sponkami 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 20 IUPAC definition Process of partial or total alteration of the native secondary, and/or tertiary, and/or quaternary structures of proteins or nucleic acids resulting in a loss of bioactivity. Note 1: Denaturation can occur when proteins and nucleic acids are subjected to elevated temperature or to extremes of pH, or to nonphysiological concentrations of salt, organic solvents, urea, or other chemical agents. Note 2: An enzyme loses its catalytic activity when it is denaturized.[2] 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 21 Reversibility and irreversibility In very few cases, denaturation is reversible (the proteins can regain their native state when the denaturing influence is removed). This process can be called renaturation.[6] This understanding has led to the notion that all the information needed for proteins to assume their native state was encoded in the primary structure of the protein, and hence in the DNA that codes for the protein, the so-called "Anfinsen's thermodynamic hypothesis".[7] One example of renaturation is that an egg white can be uncooked using vitamin C or sodium borohydride.[8] Příklady na vratnou a nevratnou KOAGULACI •VRATNÁ •ŽELATINA (tj. kolagen s nižší MW) •ZVÝŠENÍ TEPLOTY > ROZPOUŠTĚNÍ > SOL •SNÍŽENÍ TEPLOTY > ZTUHNUTÍ > GEL •KOAGULAČNÍ TEPLOTA = teplota, kdy za dané koncentrace probíhá KOAGULACE, tj. přechod SOL >> GEL snížením teploty •NEVRATNÁ •VAJEČNÝ BÍLEK •ZVÝŠENÍ TEPLOTY (nad cca. 60 °C)> ZTUHNUTÍ > přechod SOL >> GEL •KOAGULAČNÍ TEPLOTA = teplota, kdy za dané koncentrace probíhá KOAGULACE , tj. přechod SOL >> GEL ZVÝŠENÍM teploty • 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 22 PRIMÁRNÍ STRUKTURA proteinů I 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 23 Protein_primary_structure_svg.png KOLAGEN jako příklad FIBRILÁRNÍCH PROTEINŮ •KŮŽE, KOSTI, CHRUPAVKY, ŠLACHY, CÉVNÍ STĚNY, ROHOVKY, … •Glycin 27 %, prolin 15 %, sekvence (GLY-X-Y)n •Popsáno do nynějška 15 typů kolagenů, lišících se výskytem a zastoupením aminokyselin •TROPOKOLAGEN – tři vzájemně ovinuté řetězce •TROPOKOLAGEN > samoseskupení v KOLAGENOVÉ FIBRILY > sesíťování přes H můstky > KOLAGENOVÁ VLÁKNA > SVAZKY VLÁKEN •ODBOURÁNÍ KOLAGENU ENZYMEM KOLAGENÓZOU > stárnutí pokožky •KOLAGEN TVOŘÍ cca. 30 % hmot. lidského těla 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 24 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 25 GLYCIN (Gly, G) Amminoacido_glicina_formula.png PROLIN (Pro, P) 800px-Amminoacido_prolina_formula_svg.png LYSIN (Lys, L) Amminoacido_lisina_formula.png Tato skupina má význam pro PŘÍČNÉ VAZBY molekul KOLAGENU PRIMÁRNÍ STRUKTURA proteinů II - KOLAGEN jako příklad (uvedeny počty jednotlivých aminokyselin v makromolekule) 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 26 AMK Typ I Typ II Typ III Typ IV Typ V alfa1 alfa2 A B 3-Hyp 1,0 0,0 2,0 — 11 2,5 2,9 4-Hyp 96 86 99 125 130 109 109 Asp 46 44 42 42 51 51 50 Thr 20 20 20 13 23 26 19 Ser 42 43 27 39 37 31 26 Glu 74 66 89 71 84 84 91 Pro 129 113 121 107 61 97 118 Gly 330 336 333 350 310 319 322 Ala 112 102 100 96 33 52 46 Val 20 32 18 14 29 27 18 Gys 1 - - - 2 8 - - Met 8 6 9 8 10 11 8 Ile 6 16 9 13 30 16 19 Leu 18 32 26 22 54 35 39 Tyr 2 2 1 3 6 18 2,1 Xhe 12 10 13 8 27 14 12 Hyl 4,3 8 20 30 10 18 20 Lys 30 22 2 6 10 11 7,3 Arg 49 51 51 46 33 68 50 PRIMÁRNÍ STRUKTURA proteinů III KOLAGEN jako příklad 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 27 Typ Molekulární složení Výskyt I [alfa1(I)]2alfa2 V kůži, šlachách, kostech, aortě, plicích atd. II [alfa1(II)]3 Hyalinová chrupavka III [alfa1(III)]3 Stejně jako typ I, důležitá či hlavní složka cév a žil, která jim dává pružnost a brání vzniku křečových žil (varixů) IV [alfa1(IV)]3 V bazálních membránách V V novotvarech apod. VI V intersticiální tkáni VII V tkáních epitelu VIII V některých buňkách endotelu IX V chrupavkách spolu s typem II X Je součástí hypertrofických a mineralizujících chrupavek XI V chrupavce XII Vyskytuje se společně s typy I a III 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 28 Glu-Met-Ser-Tyr-Gly-Tyr-Asp-Glu-Lys-Ser-Ala-Gly-Val-Ser-Val-Pro– Gly-Pro-Met-Gly-Pro-Ser-Gly-Pro-Arg-Gly-Leu-Hyp-Gly-Pro-Hyp-Gly-Ala-Hyp-Gly-Pro-Gln-Gly-Phe-Gln-Gly -Pro-Hyp- Gly-Glu-Hyp-Gly-Glu-Hyp-Gly-Ala-Ser-Gly-Pro-Met-Gly-Pro-Arg-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Hyp-Gly-Lys-Asn-Gly -Asp-Asp- Gly-Glu-Ala-Gly-Lys-Pro-Gly-Arg-Hyp-Gly-Gln-Arg-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Gln-Gly-Ala-Arg-Gly-Leu-Hyp-Gly -Thr-AJa- Gly-Leu-Hyp-Gly-Met-Hyl-Gly-His-Arg-Gly-Phe-Ser-Gly-Leu-Asp-Gly-Ala-Lys-Gly-Asn-Thr-Gly-Pro-AIa-Gly -Pro-Lys- Gly-Glu-Hyp-Gly-Ser-Hyp-Gly-Glx-Asx-Gly-Ala-Hyp-Gly-Gln-Met-Gly-Pro-Arg-Gly-Leu-Hyp-Gly-Glu-Arg-Gly -Arg-Hyp- Gly-Pro-Hyp-Gly-Ser-Ala-Gly-Ala-Arg-Gly-Asp-Asp-Gly-Ala-Val-Gly-Ala-Ala-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Thr-Gly -Pro-Thr- Gly-Pro-Hyp-Gly-Phe-Hyp-Gly-Ala-Ala-Gly-Ala-Lys-Gly-Glu-Ala-Gly-Pro-Gln-Gly-Ala-Arg-Gly-Ser-Glu-Gly -Pro-Gln- Gly-Val-Arg-Gly-Glu-Hyp-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Ala-Gly-Ala-Ala-Gly-Pro-Ala-Gly-Asn-Hyp-Gly-Ala-Asp-Gly -Gln-Hyp- Gly-Ala-Lys-Gly-Ala-Asn-Gly-Ala-Hyp-Gly-Ile-Ala-Gly-Ala-Hyp-Gly-Phe-Hyp-Gly-Ala-Arg-Gly-Pro-Scr-Gly -Pro-Gln- Gly-Pro-Ser-Gly-Ala-Hyp-Gly-Pro-Lys-Gly-Asn-Ser-Gly-Glu-Hyp-Gly-Ala-Hyp-Gly-Asn-Lys-Gly-Asp-Thr-Gly -Ala-Lys- Gly-Glu-Hyp-Gly-Pro-Ala-Gly-Val-Gln-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Ala-Gly-Glu-Glu-Gly-Lys-Arg-Gly-Ala-Arg-Gly -Glu-Hyp- Gly-Pro-Ser-Gly-Leu-Hyp-Gly-Pro-Hyp-Gly-Glu-Arg-Gly-Gly-Hyp-Gly-Ser-Arg-Gly-Phe-Hyp-Gly-Ala-Asp-Gly -Val-Ala- Gly-Pro-Lys-Gly-Pro-Ala-Gly-Glu-Arg-Gly-Ser-Hyp-Gly-Pro-Ala-Gly-Pro-Lys-Gly-Ser-Hyp-Gly-Glu-Ala-Gly -Arg-Hyp- Gly-Glu-Ala-Gly-Leu-Hyp-Gly-Ala-Lys-Gly-Leu-Thr-Gly-Ser-Hyp-Gly-Ser-Hyp-Gly-Pro-Asp-Gly-Lys-Thr-Gly -Pro-Hyp- Gly-Pro-Ala-Gly-Gln-Asp-Gly-Arg-Hyp-Gly-Pro-Ala-Gly-Pro-Hyp-Gly-Ala-Arg-Gly-Gln-Ala-Gly-Val-Met-Gly -Phe-Hyp- Gly-Pro-Lys-Gly-Ala-Ala-Gly-Glu-Hyp-Gly-Lys-AIa-Gly-Glu-Arg-Gly-Val-Myp-Gly-Pro-Hyp-Gly-Ala-Val-Gly -Pro-Ala- Gly-Lys-Asp-Gly-Glu-A]a-Gly-Ala-Gln-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Ala-Gly-Pro-A,.-Gly-Glu-Arg-Gly-Glu-Gln-Gly -Pro-Ala- Gly-Ser-Hyp-Gly-Phe-Gln-Gly-Leu-Hyp-GIy-Pro-Ala-Gly-Pro-Hyp-Gly-Glu-Ala-Gly-Lys-Hyp-Gly-Glu-Gln-Gly -Val-Hyp- Gly-Asp-Leu-Gly-Ala-Hyp-Gly-Pro-Ser-Gly-Ala-Arg-Gly-Glu-Arg-Gly-Phe-Hyp-Gly-Glu-Arg-Gly-Val-Glu-Gly -Pro-Hyp- Gly-Pro-Ala-GJy-Pro-Arg-Gly-Ala-Asn-Gly-Ala-Hyp-Gly-Asn-Asp-Gly-Ala-Lys-Gly-Asp-Ala-Gly-Ala-Hyp-Gly -Ala-Hyp- Gly-Ser-Gin-Gly-Als-Hyp-Gly-Leu-Gin-Gly-Met-Hyp-Gly-Glu-Arg-Gly-Ala-Ala-Gly-Leu-Hyp-Gly-Pro-Lys-Gly -Asp-Arg- Gly-Asp-Ala-Gly-Pro-Lys-Gly-Aln-Asp-Gly-Ala-Pro-Gly-Lys-Asp-Gly-Val-Arg-Gly-Leu-Thr-Gly-Pro-Ile-Gly -Pro-Hyp- Gly-Pro-Ala-Gly-Ala-Hyp-Gly-Asp-Lys-Gly-Glu-Ala-Gly-Pro-Ser-Gly-Pro-Ala-Giy-Thr-Arg-Gly-Ala-Hyp-Gly -Asp-Arg- Gly-Glu-Hyp-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Ala-Gly-Phe-Ala-Gly-Pro-Hyp-Gly-Ala-Asp-Gly-Gln-Hyp-Gly-Ala-Lys-Gly -Glu-Hyp- Gly-Asp-Ala-Gly-Ala-Lys-Gly-Asp-Ala-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Ala-Gly-Pro-Ala-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Ile-Gly -Asn-Val- Gly-Ala-Hyp-Gly-Pro-Hyl-Gly-Ala-Arg-Gly-Ser-Ala-Gly-Pro-Hyp-Gly-Ala-Thr-Gly-Phe-Hyp-Gly-Ala-Ala-Gly -Arg-Val- Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Ser-Gly-Asn-Ala-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Ala-Gly-Lys-Glu-Gly-Ser-Lys-Gly -Pro-Arg- Gly-Glu-Thr-Gly-Pro-Ala-Gly-Arg-Hyp-Gly-Glu-Val-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Ala-Gly-Glu-Lys-Gly -Ala-Hyp- Gly-Als-Asp-Gly-Pro-Ala-Gly-Ala-Hyp-Gly-Thr-Pro-Gly-Pro-Gln-Gly-Ile-Ala-Gly-Gln-Arg-Gly-Val-Val-Gly -Leu-Hyp- Gly-Gln-Arg-Gly-Glu-Arg-Gly-Phe-Hyp-Gly-Leu-Hyp-Gly-Pro-Ser-Gly-Glu-Hyp-Gly-Lys-Gln-Gly-Pro-Ser-Gly -Ala-Ser- Gly-Glu-Arg-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Met-Gly-Pro-Hyp-Gly-Leu-AlarGly-Pro-Hyp-Gly-Glu-Ser-Gly-Arg-Glu-Gly -Ala-Hyp- Gly-Ala-Glu-Gly-Ser-Hyp-Gly-Arg-Asp-Gly-Ser-Hyp-Gly-Ala-Lys-Gly-Asp-Arg-Gly-Glu-Thr-Gly-Pro-Ala-Giy -Ala-Hyp- Gly-Pro-Hyp-Gly-Ala-Hyp-Gly-Ala-Hyp-Gly-Pro-Val-Gly-Pro-Ala-Gly-Lys-Ser-Gly-Asp-Arg-Gly-Glu-Thr-Gly -Pro-Ala- Gly-Pro-Ile-Gly-Pro-Val-Gly-Pro-Ala-Gly-AIa-Arg-Gly-Pro-Ala-Gly-Pro-Gln-Gly-Pro-Arg-Gly-Asx-Hyl-Gly -Glx-Thr- Gly-Glx-Glx-Gly-Asx-Arg-Gly-Ile-Hyl-Gly-His-Arg-Gly-Phe-Ser-Gly-Leu-Gln-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Hyp-Gly -Ser-Hyp- Gly-Glu-Gln-Gly-Pro-Ser-Gly-Ala-Ser-Gly-Pro-Ala-GIy-Pro-Arg-Gly-Pro-Hyp-Gly-Ser-Ala-Gly-Ser-Hyp-Gly -Lys-Asp- Gly-Leu-Asn-Gly-Leu-Hyp-Gly-Pro-Ile-Gly-Hyp-Hyp-Gly-Pro-Arg-Gly-Arg-Thr-Gly-Asp-Ala-Gly-Pro-Ala-Gíy -Pro-Hyp- Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Pro- Ser-Gly-Gly-Tyr-Asp-Leu-Ser-Phe-Leu-Pro-Gin-Pro-Pro-Gin-Gin-Glx-Lys-Ala-His-Asp-Gly-Gly-Arg-Tyr-Tyr Aminokyselinová sekvence alfa1 řetězce kolagenu kůže (N-terminální a C-terminální oblasti jsou odděleny a nejsou očíslovány) SEKUNDÁRNÍ STRUKTURA proteinů I 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 29 img778.jpg SEKUNDÁRNÍ STRUKTURA proteinů II 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 30 img779.jpg Kolageny SEKUNDÁRNÍ STRUKTURA proteinů II KOLAGEN jako příklad 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 31 Uspořádání SEKUNDÁRNÍ STRUKTURY (a-helix, b- plošné uspořádání, statistické klubko) má vliv i na polohu pásů v IFČ. img868.jpg Poněkud neobvyklá, leč správná, jednotka vlnočtu 102 m-1. Numericky je to ale stejné, jako OBVYKLÁ JEDNOTKA cm-1. KOLAGEN je a-helix TERCIÁRNÍ STRUKTURA proteinů I KOLAGEN jako příklad 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 32 Interakce mezi jednotlivými vláknitými strukturami svinutými do spirály v rámci již vytvořené SEKUNDÁRNÍ STRUKTURY. Například u KOLAGENU se jedná o tři do další spirály stočené řetězce SEKUNDÁRNÍ STRUKTURY. Uspořádání SEKUNDÁRNÍ STRUKTURY (a-helix, b- plošné uspořádání, statistické klubko) má vliv i na polohu pásů v IFČ. img868.jpg Poněkud neobvyklá, leč správná, jednotka vlnočtu 102 m-1. Numericky je to ale stejné, jako OBVYKLÁ JEDNOTKA cm-1. KOLAGEN je a-helix TERCIÁRNÍ STRUKTURA proteinů II KOLAGEN jako příklad tři do další spirály stočené řetězce 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 33 http://www.hypro.cz/img/kolagen/molekula.gif http://www.hypro.cz/img/kolagen/model.gif TERCIÁRNÍ STRUKTURA proteinů III KOLAGEN jako příklad tři do další spirály stočené řetězce 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 34 http://www.hypro.cz/img/kolagen/tropomol.gif Schematické znázornění trojité tropokolagenové molekuly. Vpravo jsou naznačeny intervaly D (67 nm), o něž jsou jednotlivé molekuly vzájemně posunuty a necelistvý interval 0,35 D, který je v koncové oblasti a umožňuje vznik osové mezery TERCIÁRNÍ STRUKTURA proteinů IV KOLAGEN jako příklad tři do další spirály stočené řetězce 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 35 sekundární & terciární struktura KOLAGENU 002.jpg SEKUNDÁRNÍ STRUKTURA TERCIÁRNÍ STRUKTURA proteinů V 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 36 img778.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 37 Collagen_biosynthesis_(en).png NEHELIXÁLNÍ PRODLOUŽENÍ = není stočeno do spirály ENZYMATICKÝM ODBOURÁNÍM NEHELIXÁLNÍHO PRODLOUŽENÍ se zvyšuje BIOKOMPATIBILITA, tj. potlačují se ANTIGENITA KVARTÉRNÍ STRUKTURA proteinů I KOLAGEN jako příklad 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 38 Interakce mezi SLOŽENÝMI vláknitými strukturami svinutými do spirály v rámci již vytvořené TERCIÁRNÍ STRUKTURY. Například u KOLAGENU se jedná o PARALELNÍ SVAZKY TERCIÁRNÍ STRUKTURY. Někdy se toto nazývá VZNIK ASOCIÁTŮ. Toto je typické pro ENZYMY, kde se ale nejedná o PARALELNÍ SVAZKY, ale o GLOBULÁRNÍ ÚTVARY. Cellulase_1JS4 PICTURE WIKI ENG.jpg Jeden z enzymů ze skupiny „CELULÁZY“ KVARTÉRNÍ STRUKTURA proteinů II KOLAGEN jako příklad 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 39 Interakce mezi SLOŽENÝMI vláknitými strukturami svinutými do spirály v rámci již vytvořené TERCIÁRNÍ STRUKTURY. Například u KOLAGENU se jedná o PARALELNÍ SVAZKY TERCIÁRNÍ STRUKTURY. http://www.hypro.cz/img/kolagen/mikrofib.gif Model mikrofibrily vytvořené důsledkem interakce polárních a hydrofobních vedlejších řetězců. Pět tropokolagenových molekul je zde vzájemně posunuto o interval D a vytváří válcovitý útvar o průměru 4 nm KOLAGEN – hierarchie struktur 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 40 img799.jpg SEKUNDÁRNÍ = jedna šroubovice TERCIÁRNÍ – dvě různá znázornění TŘI ŠROUBOVICE Obrázek vlevo - ZJEDNODUŠENÍ Obrázek vpravo - SKUTEČNOST KVARTÉRNÍ 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 41 img085.jpg Primární struktury různých typů KOLAGENŮ byly už ukázány na předchozích snímcích SEKUNDÁRNÍ = jedna šroubovice TERCIÁRNÍ – tři šroubovice KVARTÉRNÍ 22112021 42 img084.jpg SEKUNDÁRNÍ jedna šroubovice TERCIÁRNÍ tři šroubovice KVARTÉRNÍ struktura PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 PŘÍKLAD VYTVOŘENÍ KVARTÉRNÍ STRUKTURY - HEMOGLOBIN 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 43 img800.jpg img801.jpg SLOŽKY - terciární struktury KVARTÉRNÍ STRUKTURA KVARTÉRNÍ STRUKTURA proteinů III KOLAGEN jako příklad 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 44 Interakce mezi SLOŽENÝMI vláknitými strukturami svinutými do spirály v rámci již vytvořené TERCIÁRNÍ STRUKTURY VZNIKÁ STRUKTURA KVARTÉRNÍ . Například u KOLAGENU se jedná o PARALELNÍ SVAZKY TERCIÁRNÍ http://www.hypro.cz/img/kolagen/vlakna.jpg Svazky kolagenových vláken kvartérní struktury 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 45 enzymatická hydrolýza kolagenu 001.jpg KOLAGEN – PŘÍČNÉ VAZBY IN VIVO •Vazby jsou založeny na reakcích oxidované – HN2 skupiny lyzinu na –OH skupinu a reakcemi vzniklých skupin •Reakce jsou hlavně INTRAMOLEKULÁRNÍ, ale také INTERMOLEKULÁRNÍ •V tzv. MLADÉM KOLAGENU je méně příčných vazeb > vyšší rozpustnost •V tzv. STARÉM KOLAGENU je VÍCE příčných vazeb > NIŽŠÍ rozpustnost •lysin 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 46 Amminoacido_lisina_formula.png KOLAGEN – PŘÍČNÉ VAZBY IN VIVO 1 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 47 Kolagen příčné vazby IN VIVO 1.jpg DALŠÍCH 6 SNÍMKŮ JE V PŘEDNÁŠCE SKRYTÝCH, ALE V PREZENTACI JE NAJDETE! KOLAGEN – PŘÍČNÉ VAZBY IN VIVO 2 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 48 Kolagen příčné vazby IN VIVO 2.jpg KOLAGEN – PŘÍČNÉ VAZBY IN VIVO 3 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 49 Kolagen příčné vazby IN VIVO 3.jpg KOLAGEN – PŘÍČNÉ VAZBY IN VIVO 4 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 50 Kolagen příčné vazby IN VIVO 4.jpg KOLAGEN – PŘÍČNÉ VAZBY IN VIVO 5 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 51 Kolagen příčné vazby IN VIVO 5.jpg KOLAGEN – PŘÍČNÉ VAZBY IN VIVO 6 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 52 Kolagen příčné vazby IN VIVO 6.jpg KOLAGEN – PŘÍČNÉ VAZBY IN VIVO 7 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 53 Kolagen příčné vazby IN VIVO 7.jpg KOLAGEN –REAKCE IN VITRO 1 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 54 • ACYLACE POMOCÍ acetanhydridu • Esterifikace (různá činidla) • Deaminace (-NH2 > -OH) • Deguanidizace (odstranění konce z argininu za odštěpení H2N – CO – NH2) • 141px-Guanidin_svg.png guanidin KOLAGEN – PŘÍČNÉ VAZBY IN VITRO 1 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 55 SÍŤOVÁNÍ KOLAGENU 001.jpg • Aldehydová kondenzace • Oxidace jodistanem > 5-hydroxylysin > ALDEHYD > REAKCE KOLAGEN – reakce se syntetickými polymery IN VITRO 1 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 56 Snaha o zvýšení KOMPATIBILITY PŘÍRODNÍHO & SYNTETICKÉHO POLYMERU KOLAGEN – hierarchie struktur & POUŽITÍ 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 57 img807.jpg HYPRO Otrokovice – skončili v roce 2016 KOLAGEN – použití v medicíně 1 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 58 img808.jpg KOLAGEN – použití v medicíně 2 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 59 použití kolagenu v medicíně 001.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 60 CATGUT chirurgické nitě vstřebatelné z KOLAGENU 001.jpg • sesíťované soleni chrómu > pomalejší biodegradace (resorpce) v organizmu, • NESESÍŤOVANÉ soleni chrómu > RYCHLEJŠÍ biodegradace (resorpce) v organizmu, • 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 61 Nyní se vedou diskuse o tom, zda jsou štěpy kolagenu ohrožením lidského organismu či nikoli. Někdy je uváděno, že „CATGUT“ je možno použít jen ve veterinární medicíně. U dodavatelů chirurgických nití se toto ZATÍM (prosinec 2017) neuvádí. 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 62 Catgut Chromic Suture | Catgut suture • Catgut or gut suture is an absorbable suture usually manufactured from the intestine of sheep or goat. • Catgut suture are composed of highly purified connective tissue derived from either beef or sheep intestines. The membrane is chemically treated and slender strands are woven together to form a suture. The grinding process creates a strand of uniform diameter. The suture strand is then further polished to achieve maximum smoothness, for reliability and strength. • Catgut suture are available in the form of plain catgut or chromic catgut. • Plain catgut is usually having shorter absorption periods and is absorbed more rapidly in infected areas. • The percentage of collagen in the catgut suture often determines the quality of the suture. Higher percentages of collagen allow for: superior tensile strength, longer absorption times, and lower reactions in vivo. Plain catgut is available in ivory colour. 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 63 Catgut Chromic Suture | Catgut suture • Chromic catgut is treated with chromium salt solution to resist body enzymes and slower the absorption process thus supporting the wound for longer periods. • Chromic gut is chromicised before it is spun into strands. This allows control over the amount of chromic content for an even absorption rate. • The chromic content not only increases the tensile strength, but also reduces tissue irritation. • Catgut sutures are sterilized by a sterilizing fluid containing EO (ethylenoxide), distilled water and isopropyl alcohol. 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 64 Distinctive Characteristics of Catgut Chromic Sutures •Absorption within 60-90 days for chromic suture and 60-70 days for plain gut suture. •Allows for smooth passage through tissue. •Packed in IPA to retain memory & increase pliability. •Uniform chrome content provides required wound support and absorption. •Catgut suture are available from U.S.P Sizes 5-0 to 2 •General closure, Ophthalmic, Orthopaedics, Obstetrics/Gynaecology and Gastro-intestinal Tract Surgery. KOLAGEN – rozpustnost 1 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 65 Some cosmetics include soluble or hydrolyzed collagen. In this case, the collagen molecules have been broken down into much smaller fragments, which are able to penetrate the skin’s surface. ROZPUSTNOST KOLAGENU ZÁVISÍ NA: • MW > hydrolyzované typy jsou rozpustnější, a to i ve vodě • pH, • ………….. KOLAGEN – rozpustnost 2 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 66 IZOELEKTRICKÝ BOD KOLAGENU: cca. pH7 SOL 28 °C GEL GEL 34 °C SOL Přechod SOL GEL není BODOVÁ CHARAKTERISTIKA, není to vratný děj! Říká se tomu „INVERZNÍ DĚJ“, protože během něho MŮŽE dojít ke změnám v makromolekulárním uspořádání KOLAGEN – nanovlákna 1 (laskavostí CONTIPRO) 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 67 NANOVLÁKNO KOLAGEN vzorek_4_1kx.tiff KOLAGEN – nanovlákna 2 (laskavostí CONTIPRO) 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 68 NANOVLÁKNO KOLAGEN vzorek_4_5kx.tiff KOLAGEN – nanovlákna 3 (laskavostí CONTIPRO) 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 69 NANOVLÁKNO KOLAGEN vzorek_4_10kx.tiff KOLAGEN – ceny pro kosmetiku, vodorozpustný 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 70 US $12 - 18 / Kilogram 100% Soluble In Water Solubility Hydrolyzed Collagen For Hair Supply Ability: 300 Ton/Tons per Month Fish Collagen ZEMĚ PŮVODU: ČÍNA (ČLR) US $12 - 18 / Kilogram FOOD GRADE Supply Ability: 300 Ton/Tons per Month Fish Collagen ZEMĚ PŮVODU: ČÍNA (ČLR) KOLAGEN jako předmět chemických reakcí 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 71 • pokud možno POLYMERANALOGICKÉ PŘEMĚNY, tj. bez změn MW, • hlavně se jednalo o modifikace pro fotografické emulze > PATENTY, • nyní pro substráty na pěstování buněk, řada patentů i publikací. Místem reakce bývá aminoskupina (-NH2) ČLÁNEK (např.): Synthesis and properties of some gelatin derivatives with substituents at the amino groups J. Chem. Techn. and Biotechnology, 15, (1965), 479 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 72 KOLAGEN jako předmět chemických reakcí Chemická modifikace reakce s monofunkčními reagenty • acylace (acetanhydrid + aminoskupiny) • esterifikace (dimethylsulfátem, bezvodým methanolem) – mění průběh křivky botnání, struktura a nerozpustnost je zachována • deaminace (směs dusitanu sodného a ledové kyseliny octové) - aminoskupiny à hydroxylové skupiny; změna křivky botnání • deguanidinace – arginin à ornitin + močovina nebo citrulin + amoniak 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 73 KOLAGEN jako předmět chemických reakcí Chemická modifikace reakce vedoucí ke tvorbě síťovaného gelu • větší pružnost, odolnost k proteázám, nižší stupeň nabotnání à lepší produkt • aldehydová kondenzace (glutaraldehyd tvoří můstky) à dvojitá Schiffova báze – větší odolnost vůči kyselé nebo vysokoteplotní hydrolýze • oxidace jodistanem (5-hydroxyprolin à aldehyd à + aminoskupiny lysinů à síť) à větší mechanická pevnost, • 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 74 KOLAGEN jako předmět chemických reakcí Chemická modifikace reakce se syntetickými polymery (povrchová imobilizace) • potažení porézního KOPOLYMERU polyethylenu s kyselinou akrylovou kolagenem vázaným k povrchu kovalentní amidovou vazbou (mezi karboxylovými skupinami kyseliny akrylové a aminoskupinami molekul kolagenu) à zvýšení biokompatibility implantátů PŘÍKLAD Potahování cévních náhrad z PET pleteniny 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 75 Medicínské aplikace KOLAGENU 1 • ze střev stočená šicí vlákna (“catgut”) – resorbovatelnost se řídí zesíťováním solemi chromu • kožní štípenky, netkané textilie, fixované pěny à radiačně-chemická sterilizace à zakrytí ran a popálenin • sprejová bandáž na rány (práškový kolagen) • oprava cév, náhrady šlach • pěstování buněčných kultur in vitro • kombinace s Goretexem, Poromeriksem – brání vysušení (APLIKACE NA ODĚVY) 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 76 Medicínské aplikace KOLAGENU 2 • hemostyptika, membrány,netkané textilie zástava krvácení, hojení operačních ran • teflonové hadice vyložené kolagenem > CÉVNÍ NÁHRADY • kombinace s fosforečnanem vápenatým à náhrada kostí a zubů • vstřikování mikrokapslí napuštěných účinnou látkou – hojení ran • kolagenová lepidla v chirurgii • s polyakryláty – kontaktní čočky • Výrobci kolagenních preparátů v tuzemsku – dva příklady 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 77 STOSPOL, s.r.o., Valašské Meziříčí GEPROCOL (ENZYMATICKÝ HYDROLYZÁT KOLAGENU), doplněk stravy s stopovým množstvím Cr+3 > SEHNAL JSEM TO > Mgr. G. Vyskočilová Hypro, s.r.o., Otrokovice (ZANIKLO V ROCE 2016) Používá hovězí kolagen Hypro-sorb (krycí roušky, hemostatické vstřebatelné plsti a další medicínské aplikace) Kolagenní KLOUBNÍ PREPARÁTY VÝŽIVA & REGENERACE KLOUBNÍCH CHRUPAVEK 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 78 nativní versus hadrolyzovaný KOLAGEN 001.jpg nativní versus hadrolyzovaný KOLAGEN 002.jpg nativní versus hadrolyzovaný KOLAGEN 003.jpg Podle materiálů české firmy ORLING: 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 79 nativní versus hadrolyzovaný KOLAGEN 004.jpg Podle materiálů české firmy ORLING 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 80 Nebílkovinné složky přírodního kolagenu 1.Chondroitin sulfát 2.Glukosoaminoglykany 3.Pentózy 4.Hexózy 5.…………… 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 81 Chondroitin-4-sulfate: R1 = H; R2 = SO3H; R3 = H 800px-Chondroitin_Sulfate_Structure_NTP.png 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 82 Glukosaminoglykany+-+GAG.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 83 KOLAGEN PRO LÉKAŘSKÉ ÚČELY VÚP MEDICAL BRNO Kolagenní hmota Bílá až slabě nažloutlá silně viskózní bílkovinná hmota Charakteristika Obsah sušiny: min. 7 % pH: 2,5 ± 0,5 Celkový popel: max. 1 % v sušině Kolagenní bílkoviny: min. 82 % v sušině Nekolagenní bílkoviny: max. 3 % v sušině Těžké kovy (Cd, Hg, Pb, Cu, Zn, Cr): max. 50 μg/g sušiny Mikrobiální znečištění: max. 1000 nepatogenních mikroorganismů/g Neobsahuje E.coli a Salmonelly 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 84 KOLAGEN PRO POTRAVINÁŘSKÉ ÚČELY – kolagenní střeva Kolagenní hmota – získá se jen MECHANICKÝM rozvlákněním klihovky, poté se odfiltrují vlákna s větším průměrem a nerozvlákněné kousky Vytlačování střeva – vytlačování přes kruhovou hubici do podoby rukávu naplněného vzduchem Sušení střeva – cca. 50 °C, 20 – 30 minut, výsledná vlhkost cca. 12 – 15 % CHEMICKÁ ÚPRAVA – roztok formaldehydu nebo glutaraldehydu > SÍŤOVÁNÍ Praní a neutralizace – na pH 4,5 – 5,0 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 85 Glutaraldehyd (systematický název pentandial, sumární vzorec C5H8O2) je bezbarvá kapalina štiplavého zápachu používaná k dezinfekci předmětů a povrchů. Glutaraldehyd se často používá v biochemických aplikacích jako aminoreaktivní homobifunkční SÍŤOVADLO. 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 86 Chemie v práci konzervátora a restaurátora 1 Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 87 Chemie v práci konzervátora a restaurátora 2 Obsah obrázku text, noviny Popis byl vytvořen automaticky 3.Výroba želatiny a klihu •TANEX, Vladislav u Třebíč •Snímky pořízeny při exkurzi • 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 88 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 89 793.jpg Stará kniha, ale ona se tato technologie moc nezměnila! 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 90 img194.jpg img195.jpg Kniha je dost stará, ale ono se to tak vyrábí pořád Výroba želatiny a klihu suroviny nevypadají vábně 1! 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 91 Suroviny TANEX IMAG0951.jpg Suroviny TANEX IMAG0943.jpg Jateční odpad z HOVĚZÍHO dobytka Kůže, uši atd. Výroba želatiny a klihu suroviny nevypadají vábně 2! 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 92 Suroviny TANEX IMAG0942.jpg Suroviny TANEX IMAG0950.jpg Jateční odpad z HOVĚZÍHO dobytka Kůže, uši atd. Výroba želatiny a klihu ZÁKLADNÍ TŘI KROKY TECHNOLOGIE 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 93 1.ŠTĚPENÍ příčných INTERMOLEKULÁRNÍCH vazeb na úrovní KVARTÉRNÍ STRUKTURY 2.DENATURACE na úrovni TERCIÁRNÍ STRUKTURY 3.HYDROLYTICKÉ ŠTĚPENÍ peptidových vazeb bílkovinných řetězců NA MOLEKULÁRNÍ ÚROVNI 4. Výroba želatiny a klihu základní schéma 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 94 Přeměna kolagen - želatina 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 95 KLIH A ŽELATINA z Chemie v práci konzervátora arestaurátora 002.jpg KLIH A ŽELATINA z Chemie v práci konzervátora arestaurátora 001.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 96 KLIH A ŽELATINA z Chemie v práci konzervátora arestaurátora 004.jpg KLIH A ŽELATINA z Chemie v práci konzervátora arestaurátora 003.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 97 KLIH A ŽELATINA z Chemie v práci konzervátora arestaurátora 006.jpg KLIH A ŽELATINA z Chemie v práci konzervátora arestaurátora 005.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 98 výroba klihu a želatiny img870.jpg výroba klihu a želatiny img871.jpg Lepší suroviny & MÍRNĚJŠÍ PODMÍNKY > ŽELATINA Horší suroviny & DRSNĚJŠÍ PODMÍNKY > KLIH SUROVINY: • ODPAD Z KOŽELUŽEN a jatek (kůže a usně) > KOŽNÍ KLIH • ODPAD Z JATEK (kosti) > KOSTNÍ KLIH KLÍH Výroba želatiny a klihu ve firmě TANEX TECHNOLOGICKÉ KROKY - 1 1.Praní klihovky (odstranění konzervantů – Ca(OH)2 vyprání nekolagenních bílkovin (globuliny, albuminy atd.), glukosoaminoglykanů, sacharidů, tuků, …), rozvolnění struktury suroviny (v ALKALICKÉM prostředí klihovka více zbobtná a kolagenní vlákna jsou přístupnější pro další denaturaci). 2.Přeložení do další míchané kádě, vyprání Ca(OH)2, solí vápníku a okyselení na pH 6,2 – 6,5 pomocí HCl nebo H2SO4 3.Vaření želatiny a klihu > přeměna kolagenu na GLUTINOVÝ roztok (! NE gluten!) , postupně v několika vařeních, až zbude jen cca. 2 – 5 % vsázky, např. srsti 4.Filtrace – odstranění nečistot • 1. 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 99 Výroba želatiny a klihu ve firmě TANEX TECHNOLOGICKÉ KROKY 6.Konzervace a bělení – ZnSO4 (to dává TANEX), SO2 nebo H2O2 (TANEX nedělá bělení) 7.Zahušťování v odparce 8.Ochlazení a formování > KLIHOVÁ GALERTA 9.Sušení na obsah vody 12 – 15 % 10.Sekání na kostičky nebo mletí na drť 1. 1. 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 100 Výroba želatiny a klihu TECHNOLOGICKÉ ODPADY 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 101 1.KOŽNÍ TUK > rafinace > prodej nebo výroba mýdla 2.Odfiltrované nečistoty > bioplyn > tuhé zbytky > HNOJIVO NA POLE 3.Odpadní voda > ČOV > TUHÉ ZBYTKY > bioplyn > KOGENERAČNÍ JEDNOTKY (SPALOVACÍ MOTOR > ELEKTŘINA + TEPLO) •VÝROBA KLIHU je tedy v podniku TANEX zcela BEZODPADOVÁ! Výroba klihu PŘÍKLAD SORTIMENTU I TANEX Vladislav 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 102 •Kožní klih a technická želatina je směs glutinu a menšího množství jeho štěpných produktů. Vyrábí se vyluhováním nečiněných kůží a kožních odpadů teplou vodou. Klih je dodáván v zrnité konzistenci s nepravidelnou velikostí zrn a to drcený (průměr zrn cca 1,5 - 2,5 mm) a nedrcený (průměr zrn cca 3,5 - 4,5 mm). Používá se k různým účelům v textilním, chemickém, dřevařském, papírenském a polygrafickém průmyslu. •Glutin = málo přečištěná želatina 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 103 Kožní KLIH HLAVNÍ POUŽITÍ 001.jpg Kožní KLIH HLAVNÍ POUŽITÍ 002.jpg Výroba klihu PŘÍKLAD SORTIMENTU II TANEX Vladislav 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 104 TECHNICKÁ ŽELATINA Bod tání: 31 °C Báze: kožní klih v suchém stavu Barva: světle žlutá Charakter filmu: tvrdý Viskozita: 3 - 5,5 Engler (min) Popel: do 1 - 2 % Pracovní teplota: 60 - 80 °C Obsah vody: do 14 % (max) Pokles viskozity: 10 -15 (max) pH 1% roztoku: 6,5 - 7,2 Pevnost gelu: 200 - 350 Bloom/g (min) Obsah tuku : 0,3 - 0,5 % Detail Technická želatina Technická želatina Výroba klihu PŘÍKLAD SORTIMENTU III TANEX Vladislav 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 105 SIRKÁRENSKÝ KLIH Bod tání: 31 °C Báze: kožní klih v suchém stavu Barva: žlutá až tmavohnědá Charakter filmu: tvrdý Viskozita: min. 5 Engler (min) Popel: 1 - 2 % Pracovní teplota: 60 - 80 °C Obsah vody: do 14 % (max) Pokles viskozity: 10 - 15 (max) pH 1% roztoku: 6,5 - 7,2 Pevnost gelu: 280 - 340 Bloom/g (min) Obsah tuku : 0,3 - 0,5 % Detail Technická želatina S vysokou PĚNIVOSTÍ & NÍZKÝM OBSAHEM TUKU Výroba klihu PŘÍKLAD SORTIMENTU IV TANEX Vladislav 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 106 KLIH TOPAZ SPECIÁL Bod tání: 31 °C Báze: kožní klih v suchém stavu Barva: žlutá až tmavohnědá Charakter filmu: tvrdý Viskozita: 5 - 6 Engler (min) Popel: do 3 % Pracovní teplota: 60 - 80 °C Obsah vody: do 15 % (max) Pokles viskozity: 10 - 15 (max) pH 1% roztoku: 6 - 7,5 Pevnost gelu: 280 - 340 Bloom/g (min) Obsah tuku : 4 % Detail Technická želatina KLIH TOPAZ SPECIÁL SIRKÁRENSKÝ KLIH TECHNICKÁ ŽELATINA Bod tání: 31 °C 31 °C 31 °C Báze: kožní klih v suchém stavu kožní klih v suchém stavu kožní klih v suchém stavu Barva: žlutá až tmavohnědá žlutá až tmavohnědá světle žlutá Charakter filmu: tvrdý tvrdý tvrdý Viskozita: 5 - 6 Engler (min) min. 5 Engler (min) 3 - 5,5 Engler (min) Popel: do 3 % 1 - 2 % do 1 - 2 % Pracovní teplota: 60 - 80 °C 60 - 80 °C 60 - 80 °C Obsah vody: do 15 % (max) do 14 % (max) do 14 % (max) Pokles viskozity: 10 - 15 (max) 10 - 15 (max) 10 -15 (max) pH 1% roztoku: 6 - 7,5 6,5 - 7,2 6,5 - 7,2 Pevnost gelu: 280 - 340 Bloom/g (min) 280 - 340 Bloom/g (min) 200 - 350 Bloom/g (min) Obsah tuku : 4 % 0,3 - 0,5 % 0,3 - 0,5 % 22112021 107 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 Výroba klihu PŘÍKLAD DALŠÍHO SORTIMENTU TANEX Vladislav 1.KRÁLIČÍ KLIH 2.TOPAZ I - pro náročné zákazníky 3.TOPAZ II - NEJPRODÁVANĚJŠÍ DRUH 4.Kožní klih K2 – náhrada kostního klihu •KOŽNÍ versus KOSTNÍ klih •Kožní klih dává lepší vlastnosti spoje (pevnost) •POSTUPNÉ VAŘENÍ KLIHU •První vaření dává nejlepší klih, protože dlouhé makromolekuly kolagenu jsou nejméně hydrolyzované na kratší makromolekuly 1. 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 108 Detail Technická želatina Klih &ŽELATINA a KONZERVÁTOR – RESTAURÁTOR I 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 109 Detail Technická želatina •ŽELATINA OBSAHUJE MÉNĚ NÍZKOMOLEKULÁRNÍCH LÁTEK NEŽ KLIH •Do 20°C želatina ve vodě jen silně bobtná •Želatina bobtná víc než klihy •Nad 35 °C tvoří želatina viskózní roztoky •Po ochlazení roztoků vytváří želatina GEL již při nízké koncentraci pod 1 % hmot. •Vlivy na viskozitu mají i soli či formaldehyd (TEN VYTVÁŘÍ NEROZPUSTNÉ GELY) •Podobná je reakce s ionty Al, Cr a Fe > činění kůží •Nadměrným zahříváním nad 35 °C klesá MW a tím i viskozita a zhoršují se vlastnosti Klih &ŽELATINA a KONZERVÁTOR – RESTAURÁTOR II 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 110 Detail Technická želatina img872.jpg POZOR! SI jednotky 1 St = 1 cm2·s-1 = 10-4 m2·s-1 1 cSt = 1 mm2·s-1 = 10-6m2·s-1 kinematická viskozita (vazkost) n = h/r 1 cSt > centistoke (podle G. G. Stokes) CHYBNÉ OZNAČENÍ Klih &ŽELATINA a KONZERVÁTOR – RESTAURÁTOR III 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 111 Detail Technická želatina img873.jpg POZOR! SI jednotky CHYBNÉ OZNAČENÍ kinematická viskozita (vazkost) n = h/r Klih &ŽELATINA a KONZERVÁTOR – RESTAURÁTOR IV 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 112 Detail Technická želatina img874.jpg POZOR! SI jednotky CHYBNÉ OZNAČENÍ kinematická viskozita (vazkost) n = h/r Klih &ŽELATINA a KONZERVÁTOR – RESTAURÁTOR V •HLAVNÍ PARAMETRY KVALITY • želatiny a klihu •Viskozita roztoku > vyšší viskozita > pevnější spoj •Pevnost gelu • 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 113 Detail Technická želatina Klih – ÚPRAVY (ZVYŠOVÁNÍ) VISKOZITY •Přídavek KARBOXYMETHYL CELULÓZY (jednotky % hmot.) 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 114 Detail Technická želatina Klih &ŽELATINA a KONZERVÁTOR – RESTAURÁTOR VI 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 115 Detail Technická želatina •Lepení dřeva, •Knižní vazba, •Pojivo barev, •Podklady pod malbu •Pojení netkaného textilu • •Fotografické desky a filmy •Odlévací formy •Podklady pro zlacení •Směs se sádrou nebo kaolinem > tvarovací hmota • 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 116 KLIH A ŽELATINA z Chemie v práci konzervátora arestaurátora 012.jpg KLIH A ŽELATINA z Chemie v práci konzervátora arestaurátora 011.jpg V době před DIGITÁLNÍ TECHNIKOU. Želatinové kapsle na léky doplňky výživy ROSOLY & ASPIKY KOLAGEN a KONZERVÁTOR – RESTAURÁTOR VII 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 117 Detail Technická želatina CUTGUT srtuna do smyčcových nástrojů 1280px-Violino_classico,_dettaglio WIKI ENG 09122017.jpg STRUNY SMYČCOVÝCH NÁSTROJŮ ŽELATINA - čiření vína a ovocných šťáv 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 118 želatina pH X izoelektrický bod 15012016.jpg ČIŘENÍ = opatření, jak odstranit látky tvořící ZÁKALY Hlavní látkou tvořící ZÁKALY jsou PEKTINY PEKTIN 15012016.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 119 KVALITATIVNĚ NEJNIŽŠÍ MW MÁ MALÍŘSKÝ KLIH Na malování v interiéru, kde se dává kvůli soudržnosti malby Protože má nejnižší MW, tj. je to nejvíce odbouraný KOLAGEN, je rozpustný zastudena 3.Koželužství –3.1 Kůže versus useň –3.2 Postup činění kůží – 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 120 3.1 Kůže versus useň 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 121 Kůže versus useň 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 122 Detail Technická želatina ŘEZ KŮŽÍ.jpg KŮŽE = TO CO SE ZÍSKÁ PO USMRCENÍ ZVÍŘETE USEŇ = ZPRACOVANÁ KŮŽE PRO VÝROBU USNĚ JE VÝZNAMNÁ ŠKÁRA. POKOŽKA I PODKOŽNÍ VAZIVO SE ODSTRAŇUJÍ V PRŮBĚHU ZPRACOVÁNÍ Složení kůže 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 123 Detail Technická želatina ŘEZ KŮŽÍ.jpg • bílkoviny • fibrilární (kolagen) • globulární (např. albumin, odstraňují se před činěním) • tuky • voda • anorganické látky ZPRACOVANÍ KŮŽE na USEŇ = ČINĚNÍ KŮŽE 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 124 img547.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 125 img546.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 126 img539.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 127 img540.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 128 img541.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 129 img545.jpg 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 130 Domácí činění kůže 4.jpg Dříve se soupravy na činění kůží běžně prodávaly Kůže – SLOŽENÍ ŠKÁRY 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 131 Detail Technická želatina •KOLAGEN –VLÁKNA VYTVÁŘEJÍ TROJROZMĚRNOU STRUKTURU •POVRCHOVÁ VRSTVA ŠKÁRY = PAPILÁRNÍ VRSTVA •Spodní vrstva škáry = RETIKULÁRNÍ VRSTVA •Poměr tloušťek PAPILÁRNÍ versus RETIKULÁRNÍ vrstvy určuje kvalitu kůže a u různých živočichů se liší • TEPLOTA SMRŠTĚNÍ Kůže VERSUS USEŇ 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 132 Detail Technická želatina img875.jpg TEPLOTA SMRŠTĚNÍ Uvolnění vodíkových vazeb mezi vlákny kolagenu vlivem zvýšené teploty a smrštění takto uvolněných vláken Tento proces je NEVRATNÝ Kůže VERSUS USEŇ •USEŇ je ve vlhkém prostředí odolnější vůči mikroorganismům •USEŇ má vyšší chemickou stabilitu, méně botná ve vodě •USEŇ má lepší a výhodnější mechanické vlastnosti a v suchém stavu je měkká a vláčná •USEŇ má vyšší TEPLOTU SMRŠTĚNÍ • • 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 133 Detail Technická želatina 3.2 Postup činění kůží 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 134 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 135 img267.jpg Asi jen pro modifikaci 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 136 Kde byli koželuhové v Brně.jpg V Brně máme ulice JIRCHÁŘSKÁ a KOŽELUŽSKÁ POSTUP zpracování kůže na USEŇ 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 137 Detail Technická želatina 1.Konzervování 2.Máčení 3.Loužení v roztoku sulfidu sodného a vápna (dnes) kvůli odstranění srsti a vznikne holina. 4.Odchlupování 5.Mízdření - odřeže se vazivo a zbytky svalů 6.Odvápňování – viz 3, odstranění Ca solí 7.Moření – příprava na ČINĚNÍ 8.ČINĚNÍ 9.Mazání (tukování) 10. KOLAGEN – PŘÍČNÉ VAZBY IN VITRO 1 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 138 Kolagen příčné vazby IN VITRO 1.jpg KOLAGEN – PŘÍČNÉ VAZBY IN VITRO JSOU CHEMICKOU PODSTATOU ČINĚNÍ KŮŽE NA USEŇ 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 139 Kolagen příčné vazby IN VITRO 2.jpg Činění kůže na USEŇ 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 140 Detail Technická želatina •Činění kůže je CHEMICKÁ OPERACE, kdy reagují funkční skupiny KOLAGENU s ČINÍCÍ LÁTKOU •ČINÍCÍ LÁTKY 1.TŘÍSLOVINY (HYDROLYZOVATELNÉ NEBO KONDENZOVANÉ)> BYLO V PŘEDNÁŠCE Č. 5 2.KAMENCE (SÍRANY HLINITO-DRASELNÉ) 3.CHROMITÉ SLOUČENINY ČINĚNÍ kůže na USEŇ Podobnost s VULKANIZACÍ kaučuku na PRYŽ 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 141 Detail Technická želatina •Činění kůže je CHEMICKÁ OPERACE (REAKCE), kdy reagují funkční skupiny KOLAGENU s ČINÍCÍ LÁTKOU a vytvářejí SÍŤ MEZI MAKROMOLEKULAMI KOLAGENU • •VULKANIZACE kaučuku na PRYŽ je CHEMICKÁ OPERACE (VULKANIZACE) vytvářející SÍŤ MEZI MAKROMOLEKULAMI POLYIZOPRENU 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 142 img261.jpg POZOR! Tady zanedbali ELEKTRONEUTRALITU! TŘÍSLOČINĚNÍ kůže na USEŇ 1 A 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 143 Detail Technická želatina •PODSTATOU je interakce –OH nebo SO3-2 skupin třísloviny s postranními skupinami v řetězci KOLAGENU za vytvoření KOVALENTNÍCH nebo VODÍKOVÝCH VAZEB • TŘÍSLOČINĚNÍ 001.jpg ------ OH - TŘÍSLOČINĚNÍ kůže na USEŇ 1 B 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 144 Detail Technická želatina •PODSTATOU je interakce –OH nebo SO3-2 skupin třísloviny s postranními skupinami v řetězci KOLAGENU • TŘÍSLOČINĚNÍ 002.jpg H2O ------- OH - TŘÍSLOČINĚNÍ kůže na USEŇ 2 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 145 Detail Technická želatina img879.jpg img880.jpg img881.jpg Vazba kovalentní CHINONU s AMINOSKUPINAMI Vazba VODÍKOVÁ s IMIDOSKUPINAMI Vazba kovalentní CHINONU s AMINOSKUPINAMI + Vazba VODÍKOVÁ s IMIDOSKUPINAMI CHROMOČINĚNÍ kůže na USEŇ 1 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 146 Detail Technická želatina •PODSTATOU je interakce –COOH KOLAGENU za vytvoření NA KOMPLEXNÍ SLOUČENINU CHRÓMU • img878.jpg Chromium(III) sulfate ([Cr(H2O)6]2(SO4)3) has long been regarded as the most efficient and effective tanning agent. 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 147 Detail Technická želatina lossy-page1-458px-Possible_Chromium(III)_Tanning_Mechanisms_tif.jpg KAMENCOVÉ ČINĚNÍ kůže na USEŇ 22112021 PŘÍRODNÍ POLYMERY KOLAGEN PŘF MU 9 2021 148 Detail Technická želatina img259.jpg V Brně je ulice JIRCHÁŘSKÁ!