Biyoaktif alkalen fosfataz taklidi nano yapıların geliştirilmesi
Development of bioactive alkalene phosphatase mimetic nano structutres
Yazar: DİLARA YENİTERZİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLCİHAN GÜLSEREN
Konya Gıda ve Tarım Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Alkalen fosfataz = Alkaline phosphatase ; Fullerenler = Fullerenes ; Mineralleşme = Mineralization ; Osteokondüksiyon = Osteoinduction

Özet:
Enzimler canlı organizmalarda gerçekleşen kimyasal reaksiyonları milyonlarca kat hızlandıran biyo-moleküllerdir. Yüksek katalitik aktiviteleri ve substrat özgüllüklerinin çok iyi olması sebebiyle pek çok alanda kullanımları bulunmaktadır. Enzimlerin üretim koşullarının zorluğu, yüksek sıcaklık ve pH gibi farklı koşullarda bozulabilmeleri dezavantajları kullanımlarını sınırlandırabilmektedir. Bu sınırlamalarından dolayı enzimlerin biyolojik ve kimyasal aktivitelerini mimik edebilen enzim mimik yapılar önem kazanmıştır.
Alkalen Fosfataz (ALP) yeni kemik oluşumu esnasında üretilen ve organik fosfatları inorganik fosfatlara çeviren hidrolaz ailesine ait bir enzimdir. ALP, osteoblast farklılaşmasını sağlayan, osteogenik biyorejenerasyon mekanizmasında görevli en kritik enzimlerden birisidir. Çalışmamızda ALP enziminin katalitik aktivitesini mimik etmek üzere birçok enzimin aktif bölgesinde bulunan histidin ve serin aminoasitleriyle fonksiyonlandırılmış fulleren nanopartikülleri geliştirilmiştir. Fullerenler (C60), küresel yüzeyleri ve fonksiyonlandırılmaya açık olmaları gibi özellikleri sayesinde enzim mimiği olarak kullanımı potansiyel vaadeden moleküllerdir. Tasarlanan ALP mimetik yapıların fosfataz benzeri katalitik aktivitenin yanında osteoprogenitör hücre olan insan osteosarkomu (SaOS-2) hücrelerinde ve kemik iliği mezenkimal kök hücrelerinde (BM-MSC) osteogenik farklılaşmayı ve biyomineralizasyonu indüklemesi amaçlanmıştır. Yapay katalistlerin ALP aktivitesi başarısını göstermek için enzim kinetiği, yüzey biyo-mineralizasyonu deneyleri gerçekleştirilmiş olup osteoblast farklılaşmasının takibi için hücre kültürü deneyleri ve gen ekspresyon analizi yapılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Alkalen fosfataz, enzim taklidi yapılar, karbon hibrit yapılar, fulleren, mineralizasyon, osteoindüksiyon, osteogenik farklılaşma

Abstract:
Enzymes are the bio-molecules that speed up the chemical reactions occuring in living organisms millions of times. They are used in many fields due to their high catalytic activity and substrate specificity. Some properties of the enzymes like elaborate production process, rapid degradation, and instability in extreme conditions such as high temperatures and pH may limit their use. Because of these limitations, enzyme mimic structures that can mimic the biological and chemical activities of the enzymes have become important. 
Alkalene Phosphatase (ALP) is an enzyme belonging to the hydrolase family and it is produced during new bone formation to convert the organic phosphates into inorganic phosphates. ALP is one of the most critical enzymes involved in the osteoinduction mechanism that provides osteoblast differentiation. In our study, fullerene nanoparticles functionalized with histidine and serine amino acids which are found in the active site of many enzymes were used in order to mimic the catalytic activity of the ALP enzyme. Fullerenes (C60) are the molecules with potential to be used as enzyme mimics, owing to their spherical surface and convenience to be functionalized. In addition to the catalytic activity of the designed ALP mimetic structures, it is intended to induce osteogenic differentiation and biomineralization in the osteoprogenitor cell human osteosarcoma (SaOS-2) cells and bone marrow mesenchymal stem cells (BM-MSC). To demonstrate the success of the ALP activity of the designed materials, enzyme kinetics, mineralization, cell culture experiments for monitoring osteoblast differentiation and gene expression analysis were performed. 

Keywords: Alkalene phosphatase, Enzyme mimics, Carbon hybrid structures, Fullerene, Mineralization, Osteoinduction, Osteogenic differentiation