Fenolik bileşiklerin prooksidan aktivitelerini algılamak için yöntem geliştirilmesi
Method development for sensing prooxidant activities of phenolic compounds
Yazar: ESİN AKYÜZ
Danışman: PROF. DR. KEVSER SÖZGEN BAŞKAN ; PROF. DR. ESMA TÜTEM
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Bitki fenolikleri = Plant phenolics ; Biyosensörler = Biosensors ; Proteinler = Proteins

Özet:
Canlı organizmalarda normal hücresel metabolizma sırasında reaktif oksijen türleri (ROS) ve serbest radikaller oluşabilmektedir. Fizyolojik koşullarda meydana gelen reaktif oksijen ve reaktif azot türlerinin (RNS) inaktivasyonu için insan vücudu, antioksidan savunma mekanizmalarına sahiptir. Antioksidanlar ve prooksidanların dengelenememesi durumunda ortaya çıkan oksidatif gerilim; organizmada biyolojik makromoleküllerde hasara yol açarak çeşitli hastalıkların oluşumuna neden olmaktadır. Fenolik bileşikler ile C vitamini, meyve ve sebzelerde bulunan doğal antioksidanlardandır. Antioksidan sınıfı bileşiklerin sağlığa yararlı etkileri antioksidan özelliklerinden kaynaklanmasına karşın bazı koşullar altında prooksidan davranış gösterebildikleri de literatürde yer almaktadır. Mevcut yöntemler dolaylı ve zahmetli olduğundan, sağlıklı yaşam açısından faydalı bileşikler olduğu bilinen fenolik bileşiklerin prooksidan aktivitelerini tayin edebilecek kolay uygulanabilen, düşük maliyetli, kullanışlı, hızlı, duyarlı, tekrarlanabilirliği yüksek yöntemlerin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır.
Tez kapsamında, bitkilerde bol miktarda bulunan fenolik bileşiklerin geçiş metal iyonu {Cu(II) ve Fe(III)}-katalizli prooksidan aktivitelerini ölçmek üzere protein esaslı bir biyosensör hazırlandı ve Cu(II)-Neokuproin ile Fe(III)-Ferrozin ayıraçlarının kullanıldığı iki spektrofotometrik yöntem geliştirildi. Biyosensörün hazırlanmasında, yumurta akı proteinleri kalsiyum klorür ile çöktürüldü ve çözünmeyen bir kalsiyum proteinat kompleksi elde edildi. Bu biyosensör, gallik asit (GA), kateşin (CAT), epikateşin (ECAT), kuersetin (QUE), klorojenik asit (CLA), mirisetin (MYR) ve askorbik asit (AA) gibi antioksidanların Cu(II)- ve Fe(III)-katalizli prooksidan aktivitelerinin tayin edilmesi için kullanıldı. Önerilen yöntemler, antioksidan bileşiklerin Cu(II) iyonlarını Cu(I)'e, Fe(III) iyonlarını Fe(II)'ye indirgemesi (eş zamanlı reaktif oksijen türlerinin açığa çıktığı bilinmektedir) ve oluşan Cu(I) veya Fe(II)'nin katı biyosensöre bağlanması esasına dayanmaktadır. Antioksidanların prooksidan aktivitesinin bir göstergesi olan proteine bağlı-Cu(I), 450 nm'de neokuproin (Nc), proteine bağlı-Fe(II) ise 562 nm'de ferrozin (Fz) ayıraçları ile kolorimetrik olarak tayin edildi. Geliştirilen biyosensör esaslı Cu(II)-Nc ve Fe(III)-Fz yöntemleri ile referans yöntem olarak uygulanan modifiye karbonil tayini yöntemlerinin standart polifenolik bileşiklere uygulanması sonucu molar absorplama katsayıları belirlendi. Bileşiklerin, her bir yöntem ile belirlenmiş molar absorplama katsayıları bakımından aktivite sıralaması; QUE  ECAT  CAT  GA  CLA  MYR  AA; CLA  GA  ECAT  CAT ve QUE  CLA  CAT  GA  ECAT  AA > MYR şeklindedir. Biyosensör esaslı Cu(II)-Nc ve modifiye karbonil tayini yöntemleri ile biyosensör esaslı Cu(II)-Nc ve Fe(III)-Fz yöntemlerinin prezisyonlarının istatistiksel karşılaştırılması amacıyla uygulanan F-testi değerlerine göre %95 güvenilirlik aralığında önemli bir farklılığın olmadığı görüldü. İkili sentetik karışım çözeltileri hazırlanarak bu karışımların ölçülen ve beklenen toplam prooksidan aktivite (TPA) değerleri mM ECAT eşdeğeri cinsinden hesaplanıp birbirleriyle karşılaştırıldı. Bu değerler incelendiğinde biyosensör esaslı Cu(II)-Nc yöntemiyle elde edilen deneysel ve teorik veriler birbiriyle daha uyumlu bulundu. Adaçayı (Salvia officinalis), yeşil çay (Camellia sinensis), mercanköşk (Origanum majorana) ve nane (Mentha) bitkilerinden hazırlanan ekstraktların, üç yöntemle de mM ECAT eşdeğeri cinsinden TPA değerleri belirlendi. Fe(III)-Fz yöntemi ile QUE, MYR ve AA bileşiklerinin prooksidan aktivitesi ölçülemediğinden antioksidan bileşikler içeren doğal örneklerin prooksidan aktivite ölçümü için Cu(II)-Nc yönteminin daha uygun olduğu sonucuna varıldı. Yumurta akı kullanılarak hazırlanan biyosensörün ucuz ve dayanıklı olması, tekrarlanabilir sonuçlar vermesi yöntemin uygulanmasında önemli bir avantaj sağlamaktadır.

Abstract:
In living organisms, reactive oxygen species (ROS) and free radicals can form during normal cellular metabolism. The human body has antioxidant defense mechanisms for the inactivation of reactive oxygen  and reactive nitrogen species (RNS) that occur in physiological conditions. Oxidative stress occurs when antioxidants and prooxidants are not balanced; it causes damage to biological macromolecules in the organism, leading to the formation of various diseases. Phenolic compounds and vitamin C are natural antioxidants found in fruits and vegetables. Although the main health beneficial effects of antioxidant compounds are due to their antioxidant properties, they may exhibit prooxidant behavior under certain conditions. Since existing methods in the literature are indirect and troublesome, there is a need to develop easily applicable, low cost, useful, fast, sensitive, and reproducible methods that can determine the prooxidant activities of phenolic compounds known to be useful compounds for healthy life.
Within the scope of the thesis, a protein-based biosensor was prepared and Cu(II)-Neocuproin and Fe(III)-Ferrozine based, two spectrophotometric methods were developed to measure the transition metal ion{Cu(II) and Fe(III)}-induced prooxidant activities of phenolic compounds that exist in abundant amounts in plants. In preparing the biosensor, egg white proteins were precipitated with calcium chloride to obtain an insoluble calcium proteinate complex. This biosensor was used for the determination of Cu(II)- and Fe(III)-induced prooxidant activity of antioxidants such as gallic acid (GA), catechin (CAT), epicatechin (ECAT), quercetin (QUE), chlorogenic acid (CLA), myricetin (MYR), and ascorbic acid (AA). These assays involved the reduction of Cu(II) ions to Cu(I) and Fe(III) ions to Fe(II) by antioxidant compounds (simultaneously giving rise to reactive oxygen species) and binding of the formed Cu(I) or Fe(II) to the solid biosensor. As an indicator of prooxidant activity of antioxidants on proteins, the protein-bound Cu(I) and Fe(II) were colorimetrically determined at 450 nm with neocuproine (Nc) and at 562 nm with ferrozine reagents, respectively. The molar absorption coefficients of the standard polyphenolic compounds were determined with respect to the developed biosensor based Cu(II)-Nc and Fe(III)-Fz methods and the modified carbonyl detection assay as reference method. The order of the molar absorption coefficients of the compounds in terms of determined amount by each method were; QUE  ECAT  CAT  GA  CLA  MYR  AA; CLA  GA  ECAT  CAT and QUE  CLA  CAT  GA  ECAT  AA > MYR. For statistical comparison, the F-test values were compared and there was no significant difference in the 95% confidence interval between the precisions of the biosensor based Cu(II)-Nc and modified carbonyl detection methods and the biosensor based Cu(II)-Nc and Fe(III)-Fz methods. Binary synthetic mixture solutions were prepared and the found and expected total prooxidant activity (TPA) values of these mixtures were calculated as mM ECAT equivalent and compared with each other. When these values were examined, the experimental and theoretical data obtained by the biosensor based Cu(II)-Nc method were more compatible with each other. The TPA values of the extracts prepared from sage (Salvia officinalis), green tea (Camellia sinensis), marjoram (Origanum majorana) and mint (Mentha) were determined by the three methods in terms of mM ECAT equivalent. Since the prooxidant activity of the QUE, MYR and AA compounds could not be measured by the Fe(III)-Fz method, it was concluded that the Cu(II)-Nc method was more suitable for measuring the prooxidant activity of natural samples containing antioxidant compounds. The fact that the biosensor prepared using egg white was cheap and durable, yielding reproducible results gives a significant advantage to the application of the method.