Manyetik Fe3O4 nanopartiküllerine Candida rugosa lipaz enziminin immobilizasyonu ve rasemik organik asit esterlerinin enantiyoseçimli hidrolizi
Immobilization of lipase from Candida rugosa on magnetic Fe3O4 nanoparticles and enantioselectivite hydrolysis of the racemic organic acid esters
Yazar: REŞİT ÇAKMAK
Danışman: PROF. DR. GİRAY TOPAL
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya = Chemistry

Özet:
Enantiyomerlerin farklı biyolojik aktivite göstermelerinden dolayı, farklı yöntemler kullanılarak enantiyomerikçe saf bileşiklerin elde edilmesi, başta ilaç endüstrisi olmak üzere zirai kimyasallar, gıda ve parfüm endüstrisi için oldukça önemlidir. Lipaz enzimleri, rasemik bileşiklerin rezolüsyonunda yüksek enantiyoseçicilik sağlamaları, kofaktöre ihtiyaç duymamaları, geniş substrat spesifikliği ve kiral tanıma yeteneğine sahip olmaları nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Saf enzim fiyatlarının pahalı oluşu, enzim saflaştırma işlemlerinin uzun zaman alması ve maliyet gerektiren bir işlem olması nedeniyle çalışmalarda, serbest enzim yerine immobilize enzimler kullanılmaktadır. Günümüzde, reaksiyon verimi yüksek ve düşük maliyetli çalışmalar yaparak saf ilaç etken maddelerinin üretimine yönelik araştırmaların devam ettiği bilinmektedir. Bu yüzden, bu araştırmalara katkı sunmak amacıyla bu çalışma doktora tezi olarak hazırlandı. 
Bu çalışma üç bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, manyetik Fe3O4 nanopartikülleri hazırlandı. Hazırlanan nanopartiküllere, enzimi immobilize etmek için iki farklı organik uzatma kolu takıldı. Birinci organik uzatma kolu için (3-aminopropil) trietoksisilan ve glutaraldehit kullanıldı. İkinci organik uzatma kolu için rasemik epiklorhidrin kullanıldı. Hazırlanan manyetik nanopartikül ve organik uzatma kollarına sahip manyetik nanopartiküllerin yapılarının aydınlatılması için SEM, XRD, TGA ve FT-IR kullanıldı. İkinci bölümde, organik uzatma kollarına sahip partiküllere kovalent bağlanma metoduna göre CRL immobilize edildi. Ardından; serbest ve immobilize enzimlerin: enzimatik aktiviteleri, optimum pH'ları, optimum sıcaklıkları, termal kararlılıkları ve depolama kararlılıkları belirlendi. Ayrıca, immobilize enzimlerin tekrar kullanılabilirlikleri de belirlendi. Üçüncü bölümde, immobilize enzimler kullanılarak, rasemik bütil Mandelat esteri, rasemik İbuprofen metil esteri ve rasemik Naproksen metil esterinin enantiyoselektif hidroliz çalışmaları yapıldı. Hidroliz tepkimesi sonucu verim hesabı yapılarak, çalışmanın başarısı değerlendirildi.

Abstract:
Since enantiomers show different biological activities, obtaining enantiomerically pure compounds using different methods is extremely important for especially pharmaceutical industry, agricultural chemicals, food and perfume industry. Lipase enzymes are widely used due to the fact that they provide high enantiyoselectivity for resolution of the racemic compounds, and they have wide substrate specificity and ability to recognize chirality, while do not need co-factor. Because of the fact that pure enzymes are expensive and that enzyme purification process takes a long time and that it is a process requiring high cost, immobilized enzymes are used instead of free enzymes. It is known that researches regarding with production of pure drug active compounds still continue carrying out reaction yielding high and economically low cost studies. Therefore, this study has been prepared as PhD dissertation so as to provide contribution to the issue. 
This study consists of three parts. In the first part; magnetic Fe3O4 nanoparticles were prepared. These nanoparticles were attached the two different spacer arms to immobilize enzyme. For the first spacer arm, 3-Aminopropyl triethoxysilane and Glutaraldehyde were used. For the second spacer arm, racemic Epichlorohydrin was used. In order to characterize the magnetic nanoparticles structures having prepared nanoparticles and organic spacer arms, SEM, XRD, TGA and FT-IR were used. In the second part, CRL was immobilized to the particles possessing organic spacer arms in accordance with covalent connection method. Afterwards, enzymatic activities, optimum pHs, optimum temperatures, thermal stabilizations and storage stability of free and immobilized enzymes were determined.  Furthermore, reusability of the immobilized enzymes was determined. In the third part, using immobilized enzymes, enantioselective hydrolysis studies of racemic butyl Mandelate ester, racemic Ibuprofen methyl ester and Naproxen methyl ester were carrried out.  The success of the study was evaluated by carrying out the yield calculation in the end of hydrolysis reaction.