Biyokatalitik olarak enantiyomerik saflıkta β-bloker üretimi
Biocatalytical production of enantiomerically pure β-blocker
Yazar: RAHİME SONGÜR
Danışman: PROF. DR. ÜLKÜ MEHMETOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Farmasötik açıdan önem taşıyan β-blokerlar, kiral maddelerdir ve enantiyomerleri çoğunlukla farklı farmakokinetik ve farmakodinamik özelliklere sahiptir. Bu çalışma kapsamında; yaygın olarak kullanılan β-blokerlardan biri olan propranololün enantiyomerik saflıkta üretimi amaçlanmaktadır. Bu amaç doğrultusunda, haloketonların mikrobiyal indirgenmesiyle propranololün çıkış maddesi olan halohidrinlerin üretimi ve rasemik propranololün biyokatalitik derasemizasyonu olmak üzere iki yöntem incelenmiştir. Bu yöntemlerden, ağırlıklı olarak rasemik propranololün biyokatalitik derasemizasyonuyla ilgili çalışmalar yapılmıştır. 

Derasemizasyonda enzim kaynağı olarak kullanılacak uygun mikroorganizmayı belirlemek için farklı türdeki mikroorganizmalar (Lactobacillus kefir NRRL B-1839, Rhizopus arrhizus, Rhizopus oryzae CBS 111718, Rhodotorula glutinis DSM 70398, Lactobacillus brevis, Rhizopus arrhizus NCIM 997, Geotrichum candidum NCIM 980) tepkimede kullanılmış ve en yüksek enantiyomerik aşırılık (% ee) değeri Rhizopus oryzae CBS 111718 ile elde edilmiştir. Bu mikroorganizmayla kesikli biyoreaktörde biyotransformasyon için farklı hücre üreme koşulları (katı ve sıvı üreme ortamı, sıvı üreme ortamının pH'ı, üreme sıcaklığı, hücre stoklama yöntemi, farklı spor çözeltileri vb.) ve farklı tepkime koşullarında (mikroorganizmayı parçalama yöntemi, tepkime ortamının türü, tepkime ortamının pH'ı, substrat derişimi, hücre derişimi, karıştırma hızı, sıcaklık, süre vb.) çalışılarak birçok parametrenin tepkimeye etkisi incelenmiştir. Daha sonra, Plackett Burman Yöntemi ile tepkime ortamını etkileyen altı parametreden (substrat derişimi, hücre derişimi, pH, sıcaklık, karıştırma hızı, süre) en önemli üç parametre (pH, süre, mikroorganizma derişimi) ve diğer parametrelerin seviyeleri (Co=1 mM, T=35oC, KH=150 rpm) belirlenmiştir. Bu üç parametre ile Cevap Yüzey Yöntemi uygulanarak % ee değerinin maksimize edildiği koşullarda; pH 6.86 tampon ortamı, 101 g/L hücre derişimi, 5.36 gün tepkime süresinde  % ee değeri 54.7 olarak elde edilmiştir. Ayrıca, rasemik propranololün biyokatalitik derasemizasyon mekanizmasının aydınlatılmasına yönelik çalışmalar da yapılmıştır.

Abstract:
Pharmaceutically important β-blockers are chiral and the enantiomers of β-blockers usually have different pharmacokinetic and pharmacodynamic properties. In this study, the production of enantiomerically pure propranolol, which has commonly used as β-blockers, was aimed. In accordance with this purpose, two methods were investigated. These methods were the production of halohydrin which is the key intermediate of propranolol by microbial reduction of haloketone and biocatalytic deracemization of racemic propranolol. Biocatalytic deracemization of racemic propranolol was especially investigated among these methods.

Different strains of microorganisms as enzyme sources (Lactobacillus kefir NRRL B-1839, Rhizopus arrhizus, Rhizopus oryzae CBS 111718, Rhodotorula glutinis DSM 70398, Lactobacillus brevis, Rhizopus arrhizus NCIM 997, Geotrichum candidum NCIM 980) were used to determine the suitable microorganism for the deracemization. The highest enantiomeric excess (ee %) value was obtained with Rhizopus oryzae CBS 111718. The biotransformation reactions were carried out at different cell growth conditions (solid and liquid growth medium, pH of liquid growth medium, incubation temperature, cell storage method, different spore solutions, etc.) and different reaction conditions (cell disruption method, type of the reaction medium, pH of reaction medium, substrate concentration, cell concentration, agitation rate, temperature, time, etc.) with R. oryzae in batch bioreactor to investigate the effect of several parametres to the reaction. Then, the most important three reaction parametres (pH, time and cell concentration) among six parametres (substrate concentration, cell concentration, pH, temperature, agitation rate, time) and level of the other parametres (Co=1 mM, T=35oC, KH=150 rpm) were determined by using Plackett Burman Method. Response Surface Methodology was applied with three parametres and 54.7 ee % was obtained at optimum conditions which were pH 6.86 phosphate buffer, 101 g/L cell concentration, and 5.36 days reaction time. Furthermore, some investigations were also made for clarifying the biocatalytic deracemization mechanism of racemic propranolol.