Beta-glukozidaz ve beta-ksilozidaz enzimlerinin manyetik nanopartiküller üzerine immobilizasyonu ve ilaç öncül moleküllerin biyotransformasyonunda kullanılması
Immobilization of beta-glucosidase and beta-xylosidase enzymes on magnetic nanoparticles and their use for biotransformation of prodrug molecules
Yazar: BÜRDE ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. GAYE ÖNGEN ÖZGEN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Biyotransformasyon = Biotransformation ; Enzim immobilizasyonu = Enzyme immobilization

Özet:
Sikloastragenol, Astragalozit IV ve Astragalozit VII sikloartan glikozitlerinin kimyasal olarak hidrolizi ile elde edilebilmektedir. Bu hidroliz prosesi birçok yan ürün oluşumuna yol açtığı ve giderilmesi zor kimyasal atık yükü getirdiği için yeşil hidroliz yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Enzimler, tekrar kullanılabilirliği, uygun pH ve sıcaklıkta çalışmaları ve alt akım işlemlerinin kolaylığı sayesinde biyotransformasyonlar için etkili bir araçtır. Ancak enzimlerin piyasa değerlerinin yüksek olması, kullanıldıkları uygulamaları ekonomik olarak kısıtlamaktadır. Enzimlerin immobilizasyon yolu ile hidroliz performanslarını kaybetmeden tekrar kullanılabilir hale getirilmesi bir çözüm stratejisi olarak sunulabilir. 
Bu tez çalışmasında, β-Glukozidaz (Aspergillus niger) ve β-Ksilozidaz (Selenomonas ruminantium) enzimlerinin Fe3O4 manyetik nanopartiküller (Mnp) üzerine kimyasal immobilizasyonu gerçekleştirilmiştir. Mnp yüzeylerinin modifikasyon aşamalarında 3-Aptes ve gluteraldehit kullanılmıştır. Enzim immobilizasyonu sonucu β-Glukozidaz'ın geri kazanılan aktivite yüzdesi %67.0, β-Ksilozidaz'ın %38.5 olarak hesaplanmıştır, 15. kullanımda immobilize β-Glukozidaz aktivitesini ortalama %59.7, immobilize β-Ksilozidaz ortalama %21.4 korumuştur. İmmobilize enzimler için en iyi depolama koşullarının, korunan ortalama %87.85 aktivite ile deiyonize suda +4oC'de olduğu belirlenmiştir, immobilize enzimler aktivitelerini 4 haftalık depolama sonucunda serbest enzimlere göre 3 kat korumuştur. 
Gerçekleştirilen HPLC analizleri sonucu, ASTVII molekülünün sadece immobilize β-Glukozidaz kullanımı ile %4.45, immobilize β-Glukozidaz ve β-Ksilozidaz kullanımı ile %4.32 verimle ASTIV molekülüne dönüştüğü belirlenmiştir.

Abstract:
Cycloastragenol can be obtained by chemically hydrolysis of the cycloartane glycosides of Astragaloside IV and Astragaloside VII. Green hydrolysis methods are needed because this hydrolysis process leads to the formation of many by-products and chemical waste that is difficult to remove. Enzymes are an effective tool for biotransformations due to their reusability, operation at appropriate pH and temperature, and ease of downstream processing. However, enzymes restricts their applications economically. Making enzymes reusable by immobilization without losing their hydrolysis performance can be presented as a solution strategy.
In this thesis, chemical immobilization of β-Glucosidase (Aspergillus niger) and β-Xylosidase (Selenomonas ruminantium) enzymes on Fe3O4 magnetic nanoparticles (Mnp) was performed. 3-Aptes and glutaraldehyde were used in the modification stages of Mnp surfaces. The recovered activity percentage of immobilized β-Glucosidase was calculated as 67.0%, and β-Xylosidase was calculated as 38.5%. In the 15th use, the immobilized β-Glucosidase activity preserved an average of 59.7%, and the immobilized β-Xylosidase an average of 21.4%. It was determined that the best storage conditions for immobilized enzymes were at +4oC in deionized water with a preserved average activity of 87.85%. After 4 weeks of storage, the activities of immobilized enzymes were preserved 3 times compared to free enzymes.
As a result of the HPLC analysis, it was determined that the ASTVII molecule was converted to ASTIV molecule with a yield of 4.45% only with the use of immobilized β-Glucosidase, and 4.32% with the use of immobilized β-Glucosidase and β-Xylosidase.