Poli(PHE-LYS) ile modifiye edilen polistiren yüzeylerde invertazın immobilizasyonu ve kinetiğinin incelenmesi
Poly (PHE-LYS) modification of polystyrene surfaces for invertase immobilization and investigation of kinetics
Yazar: KAMİLE NAZAN TURHAN
Danışman: DOÇ.DR. MEHMET MUTLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 1994
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Enzimler = Enzymes ; Modifikasyon = Modification ; Polistiren = Polystyrene ; İmmobilizasyon = Immobilization

Özet:
Bu çalışmanın amacı, polistiren taşıyıcı matriks yüzeyinin poli(phe-lys) kullanılarak modifiye edilmesi ve enzim immobilizasyonu için uygunluğunun araştırılmasıdır. Bu amaç doğrultusunda, polistiren küreciklerin yüzeyleri poli(phe-lys) kullanılarak amino gruplarıyla zenginleştirilmiş ve model enzim olarak seçilen invertaz glutaraldehit kullanılarak kovalent bağlama yöntemiyle yüzeye immobilize edilmiştir. învertazın, poli(phe-lys) ile modifiye edilmiş polistiren yüzeye en iyi immobilize edilebildiği optimal koşullar belirlenmiş ve bu koşullarda hazırlanan immobilize invertazın kinetik davranışı serbest invertazınkiyle karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Polistiren ve poli(phe-lys) ile kaplanan polistiren yüzeylerin kimyasal yapısı, FTIR- ATR spektroskopik tekniği ile incelenmiştir. Poli(phe-lys) modifikasyonu ve glutaraldehit aktivasyonu sonucu enzim immobilizasyonu için hazırlanan polistiren yüzeylerde, invertaz immobilizasyonuna etki eden parametreler, başlangıç poli(phe- lys) derişimi, başlangıç glutaraldehit derişimi, sıcaklık, pH, ve başlangıç invertaz derişimi olarak incelenmiştir. Bu grup deneyler sonunda en uygun immobilizasyon şartlan % 0.01 (w/v) poli(phe-lys) başlangıç derişimi, % 2 (v/v) glutaraldehit başlangıç derişimi, 8 mg/ml' den büyük başlangıç invertaz derişimi, 25°C sıcaklık ve pH 4.5 olarak bulunmuştur. Çalışmanın ikinci bölümünde serbest ve immobilize invertaz ile sakkaroz hidroliz kinetiği kesikli bir düzenekte optimum pH 4.5, optimum sıcaklık 55°C de, ortam karıştırma hızı, serbest enzim sistemi için 550 dev/dk ve immobilize enzim sistemi için 1200 dev/dk' da incelenmiştir. Serbest ve immobilize invertazın Michaelis-Menten sabiti, Km, ve maksimum tepkime hızı, Vmax, değerleri karşılaştırmalı olarak tartışılmıştır ve Km değerleri sırasıyla 81 ve 114 mM olarak saptanırken, Vmax değerleri de sırasıyla 10.13 ve 9.20 (imol glikoz/dk/mg invertaz olarak bulunmuştur. învertazın işletme koşullarındaki deaktivasyonu her iki sistem için, invertaz aktivitesine birinci dereceden kinetik ile bağımlı olduğu kabul edilerek deaktivasyon katsayıları, kd, saptanmış ve invertaz aktivitesi yan ömür değerleri, tm, hesaplanmıştır. Serbest ve immobilize invertaz için kd değerleri sırasıyla 0.0347 dk-1 ve 0.0098 dk-1 olarak saptanırken, tw değerleri de sırasıyla 20 dk ve 71 dk olarak hesaplanmıştır. ANAHTAR KELİMELER: Enzim immobilizasyonu; Taşıyıcı polimer matriks; Polistiren; Poli(phe-lys); Yüzey modifikasyonu; İnvertaz; Enzim kinetiği

Abstract:
Ultimate purpose of the study was to modify polystyrene surfaces with poly(phe-lys) and to investigate its usability for enzyme immobilization. Surface of the polystyrene beads were enhanced with amino groups by using poly(phe-lys) and invertase as a model enzyme was covalently attached to the surface by using glutaraldehyde. Conditions were searched for optimum invertase immobilization and the kinetic behavior of the immobilized enzyme was investigated by comparing with that of the free invertase. Chemical properties of the polystyrene and modified polystyrene surfaces were investigated by using FTIR-ATR spectrophotometer technique. Initial poly(phe-lys) concentration, initial glutaraldehyde concentration, temperature, pH, and initial invertase concentration were investigated for their effect on immobilization of invertase to modified polystyrene surfaces. The optimum conditions have been determined as 0.01 % (w/v) initial poly(phe-lys) concentration, 2 % (v/v) initial glutaraldehyde concentration, 25°C and pH 4.5, and initial invertase concentration greater than 8 mg/ml. In the second part of the study, the kinetics of sucrose hydrolysis by free and immobilized invertase was investigated in a batch reactor system at the optimum conditions of pH 4.5 and 55°C. Stirring rate was fixed at 550 rpm and 1200 rpm for the free and immobilized enzyme systems, respectively. Values of the Michaelis- Menten constant, Km, and the maximum reaction velocity, Vmax» were discussed comparatively for both systems. Km values were estimated as 81 and 114 mM for free and immobilized invertase, respectively. Vmax values were estimated as 10.13 and 9.20 pmol glucose/min/mg enzyme for free and immobilized invertase, respectively. Invertase deactivation was assumed to be dependent on active invertase concentration through first order kinetic behavior in working conditions. Deactivation reaction rate constant, k^, and then enzyme half-life, t1/2, was determined for both systems, kd values were estimated as 0.0347 min-1 and 0.0098 min-1 for free and immobilized invertase, respectively. t1/2 values were estimated as 20 min and 71 min for the free and immobilized invertase, respectively. KEY WORDS: Enzyme immobilization; Carrier polymer matrixs; Polystyrene; Poly(phe-lys); Surface modification; Invertase; Enzyme kinetics