Tuzaklamalı iyon hareketliliği kütle spektrometrisi ile insan insülini ve analoglarının analizi
Analysis of human insulin and its analogues by trapped ion mobility mass spectrometry
Yazar: NİMET BÜYÜKKÖY
Danışman: PROF. DR. BEKİR SALİH
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
İnsülin, insan hayatı için oldukça önemli, çevresel faktörlere karşı oldukça hassas bir hormondur. Kandaki şeker oranını düzenleyen insülin hormonu, aynı zamanda protein ve yağ metabolizmasında da görev almaktadır. Sahip olduğu fonksiyon özelliklerine göre kolaylıkla yapısal değişikliklere uğrayabilir. İnsülin hormonunun yapısında meydana gelen en ufak bir değişiklik, bu hormonun fizyolojik ve farmakolojik aktiviteleri üzerinde önemli etkiye sahiptir. Birçok oligomerik yapısı bulunan insülinin monomer formu, biyolojik olarak aktif olduğu formudur. Farklı koşullar altında insülin yapısının ve fonksiyonlarının analiz edilebilmesi, daha iyi ve gelişmiş tedavi yöntemleri sunmak için oldukça önemlidir.  
Biyomoleküller ile yapılan çalışmalarda yapısal bilgiye duyulan ihtiyaç artmaktadır. Çünkü tek bir protein, katlanma şekline bağlı olarak birçok farklı işlev ve özelliğe sahip olabilir. Bir iyonun üç boyutlu yapısı hakkında bilgi veren iyon hareketliliği spektrometrisi (Ion Mobility Spectrometry, IMS), molekülü nitelendirmede çok güçlü bir analitik teknik olan kütle spektrometrisi (Mass Spectrometry, MS) ile birleştirildiğinde, molekülün konformasyon özellikleri hakkında en doğru ve güvenilir bilgiyi veren cihaz durumuna gelmektedir. IMS, iyonları gaz fazında büyüklük (Etkin Çarpışma Kesiti, CCS) ve şekillerine göre ayırırken, MS, kütle/yük oranına göre ayırmaktadır. IMS ile birleştirilen MS sistemi (IM MS) ile incelenen molekülün sadece kütlesini belirlemekle kalmayıp, molekülün büyüklüğü, şekli hakkında da bilgi sahibi olunmaktadır. İyonları ayırma şekline göre isimlendirilen Tuzaklamalı İyon Hareketliliği Kütle Spektrometrisi (Trapped Ion Mobility Mass Spectrometry, TIMS MS) tekniği, farklı türlerdeki örneklerin hızlı analizi, yüksek hassasiyet, daha iyi ayırım gücü avantajlarını sunmaktadır.
Bu tez çalışmasında, tuzaklamalı iyon hareketliliği kütle spektrometrisi tekniği ile insan insülini ve analoglarının çeşitli çözücü, voltaj ve sıcaklıklarda konformasyon özellikleri incelenmiştir. Tez çalışmasında elde edilen sonuçlar ile, insülin molekülünün konformasyonel özelliklerinin belirlenmesi, yapı-fonksiyon ilişkilerinin analiz edilmesi, analoglarının birbirinden ayırt edilerek yüksek hassasiyet ve doğrulukla tanımlanabilmeleri sağlanmıştır. Çözücünün insülin hormonunun konformasyonu üzerindeki etkisi, cihaz parametreleri olan iyon kaynağı sıcaklığı ve kapiler voltajının etkisinden oldukça fazladır. İnsülin hormonunun konformasyonu hakkında detaylı bilgi sahip olduğumuz bu çalışma, bu hormon ile yapılacak olan bütün çalışmalara öncülük edecektir.

Abstract:
Insulin is very important for human life and highly sensitive to environmental factors. The insulin hormone that regulates the sugar in the blood is also involved in protein and fat metabolism. It can easily undergo structural changes according to its functions. The slightest change in the structure of insulin hormone has an important effect on the physiological and pharmacological activities of this hormone. The monomer form of insulin with many oligomeric structures is the form in which it is biologically active. Analyzing insulin structure and functions under different conditions is important to provide better and improved treatment methods.
The need for structural knowledge in studies with biomolecules is increasing. Because a single protein, depending on the form of folding can have many different functions and features. Ion Mobility Spectrometry (IMS), which gives information about the three-dimensional structure of an ion, becomes a device that gives the most accurate and reliable information about the conformation properties of the molecule when combined with mass spectrometry (MS), which is a very powerful analytical technique for characterizing the molecule. The IMS separates ions according to the size of the gas phase (Collision Cross-Section, CCS) and their shape, while the MS separates them according to the mass / charge ratio. With the MS system combined with the IMS (IM MS), it is not only the mass examined but also the size and shape of the molecule. Trapped Ion Mobility Mass Spectrometry (TIMS MS) technique, which is named according to the way of separating the ions, offers the advantages of rapid analysis of different types of samples, high sensitivity, better resolving power.
In this thesis, the conformational properties of human insulin and its analogs in various solvents, different voltages and temperatures were investigated by the technique of trapped ion mobility mass spectrometry. The results obtained in the thesis study, identify the conformational properties of the insulin molecule, analyze the structure-function relationships, distinguish the analogues from each other and ensure that they can be defined with high precision and accuracy. The effect of the solvent on the conformation of insulin hormone is considerably greater than the effect of the instrument parameters, ion source temperature and capillery voltage. This study, which we have detailed information about the conformation of insulin hormone, will lead all studies to be done with this hormone.