Razvoj matematičkog modela sinteze ATP-a u kaskadnoj reakciji

diplomski rad

• Naslov (engleski): Mathematical model development for ATP synthesis in a cascade reaction
• Autor: Marija Berečić
• Mentor: Martina Sudar (mentor)
• Član povjerenstva: Martina Sudar (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Zvjezdana Findrik Blažević (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Monika Šabić Runjavec (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije; Zagreb
• Datum i država obrane: 2024-09-30, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Kemijsko inženjerstvo

Sažetak

Adenozin trifosfat (ATP) ima veliku ulogu u skladištenju energije koja je potrebna za odvijanje bioloških procesa u živim stanicama – sinteze, transporta, mobilnosti molekula i sl. Energija se skladišti u vezama među fosfatnim skupinama, a strukturu molekule ATP-a čini lanac od tri fosfatne skupine uz D-ribozu i adenin. Njegova upotreba porasla je primjenom izvanstaničnih enzimskih procesa u raznim industrijskim svrhama poput proizvodnje lijekova, vitamina, hrane, tekstila i dr. Zbog visoke cijene i česte primjene sve veća pažnja posvećena je razvijanju novih puteva njegove regeneracije. U ovom radu opisan je proces sinteze ATP-a iz adenozina i adenozin monofosfata (AMP) linearnom kaskadnom reakcijom uz upotrebu enzima ADK, PPK2-I te PPK2-II. Eksperiment je proveden upotrebom matematičkog modeliranja i genetskog algoritma uz računalne programe SCIENTIST i GALOP (engl. Genetic Algorithm for the Optimization of Processes). U SCIENTIST-u je provedena simulacija sinteze ATP-a, dok je pomoću GALOP- -a provedena optimizacija početnih uvjeta procesa – koncentracije adenozina, AMP-a, magnezijevih iona te vrijeme trajanja reakcije. Vrijednosti koncentracija enzima i polifosfata održavane su konstantnima. Cilj rada pronalazak je optimalnih uvjeta procesa pri kojima je moguće postići maksimalnu koncentraciju ATP-a. Dobiveni rezultati pokazali su kako je pri optimalnim uvjetima moguće postići koncentraciju ATP-a od 20,7 mM.

Sažetak (engleski)

Adenosine triphosphate (ATP) plays a significant role in storing the energy required for biological processes in living cells – synthesis, transport, mobility of molecules and more. The energy is stored in the bonds between phosphate groups, and the structure of the ATP molecule consists of a chain of three phosphate groups along with D-ribose and adenine. The necessity for ATP has increased with the application of extracellular enzymatic processes for different industrial purposes, such as production of drugs, vitamins, food, textiles and others. Due to its high cost and frequent usage, increasing attention has been focused on developing novel pathways for its regeneration. This paper describes the process of ATP synthesis from adenosine and adenosine monophosphate (AMP) through a linear cascade reaction using the enzymes ADK, PPK2-I, PPK2-II. The experiment was conducted using mathematical modeling and genetic algorithm with computer programs SCIENTIST and GALOP (Genetic Algorithm for the Optimization of Processes). In SCIENTIST, a simulation of ATP synthesis was conducted, while GALOP was used to optimize the initial conditions of process – concentration of adenosine, AMP, magnesium ions and reaction duration. The concentrations of enzymes and polyphosphate were kept constant. The aim of this study was to find the optimal process conditions to achieve the maximum concentration of ATP. The results obtained showed that, under optimal conditions, it is possible to achieve an ATP concentration of 20,7 mM.

• Ključne riječi: sinteza ATP-a; matematičko modeliranje; simulacija; optimizacija
• Ključne riječi (engleski): ATP synthesis; mathematical modeling; simulation; optimization
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:755456
• Studijski program: Naziv: Ekoinženjerstvo; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: diplomski; Akademski / stručni naziv: sveučilišni/a magistar/magistra inženjer/inženjerka ekoinženjerstva (univ. mag. ing. oecoing.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Rad dostupan nakon; Datum isteka embarga: 2030-06-01
• Datum i vrijeme pohrane: 2024-11-11 14:25:56