Rhizopus delemar ile ağır metal biyobirikiminin ve ağır metal iyonlarının enzimatik faaliyetler üzerine interaktif etkileşimlerinin incelenmesi
Investigation of heavy metal bioaccumulation by Rhizopus delemar and interactive interactions of heavy metal ions on enzymatic activities
Yazar: OĞULCAN AHMET EVİRGEN
Danışman: PROF. DR. YEŞİM SAĞ AÇIKEL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Rhizopus delemar mikroorganizması kullanılarak ağır metal biyobirikimi ve ağır metal iyonlarının, mikroorganizma tarafından üretilen, lipaz enzimi aktivitesine olan etkilerinin incelendiği bu tez çalışmasında üç farklı ağır metal iyonu ile çalışılmıştır. Bu iyonlar Cd(II), Cu(II) ve Zn(II)'dir. Çalışmalar iki ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, tek bir zaman periyodunda, tek bir parametre (pH, sıcaklık ve başlangıç metal iyonu konsantrasyonu) değiştirilerek, lipaz enzimi aktivitesi, metal biyobirikimi ve mikroorganizma konsantrasyonunun değişimi, kesikli karıştırmalı kaplarda incelenmiştir. Başlangıç metal iyonu konsantrasyonu 5-200 mg/L arasında değiştirilirken, ortam pH'si 5.0 ve 8.0, sıcaklığı ise 24 ve 35 °C değerlerinde sabit tutulmuştur. Bu deneylerde en yüksek lipaz enzimi aktivitesi ve metal biyobirikimi, pH 5.0 ve 35 °C'da, başlangıç metal iyonu konsantrasyonunun, 30 mg/L olduğu durumda elde edilmiştir. Çalışmaların ikinci kısmında ise fermentasyon ortamı koşullarının optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Optimum değerlerin belirlenmesi çalışmaları, yüzey-cevap istatiksel yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu yöntemde kullanılan merkezi bileşke tasarımı ile R. delemar'ın lipaz enzimi aktivitesi, ağır metal biyobirikimi ve mikroorganizma konsantrasyonu için optimum pH, sıcaklık ve başlangıç metal iyonu konsantrasyonu değerleri elde edilmiştir. Son olarak ise belirlenen optimum pH, sıcaklık ve başlangıç metal iyonu konsantrasyonu noktalarının sağlama çalışmaları yapılmıştır. Buna göre yüzey-cevap yöntemi ile belirlenen ve optimum deneysel koşullarda ölçülen lipaz enzimi aktivitesi, ağır metal biyobirikimi ve mikroorganizma konsantrasyonu değerleri, modeller tarafından öngörülen değerleri % 0.7 hata payı ile doğrulamaktadır.

Abstract:
Three different heavy metals were examined in this study in which the investigation of heavy metal bioaccumulation and the effects of heavy metal ions on lipase activity by using Rhizopus delemar microorganism. These ions are Cd(II), Cu(II) and Zn(II). The studies consist of two main sections. In the first part, varying only one parameter (pH, temperature and initial metal ion concentration) at one time period, the change of lipase enzyme activity, metal bioaccumulation and microorganism concentration was investigated in batch stirred reactors. While the initial metal ion concentration was changed between 5 and 200 mg/L, medium pH and temperature were held constant at 5.0 and 8.0, 24 and 35 °C, respectively. In these experiments, the maximum enzyme activity and metal bioaccumulation were obtained at pH 5.0, 35 °C in medium containing 30 mg/L initial metal ion concentration. In the second part of the thesis, the optimization studies of fermentation medium conditions were performed. Surface-response statistical modelling was used in the optimization studies. Using the central-composite design method, the optimum pH, temperature and initial metal ion concentration values for the lipase enzyme activity, metal bioaccumulation and concentration of R. delemar were obtained. Finally, the verification studies of the optimal points for pH, temperature and initial metal ion concentration were realized. The values of lipase enzyme activities, heavy metal bioaccumulation and microorganism concentrations measured at the optimum experimental conditions predicted by surface-response method were verified the theoretical values within a 0.7 % error margin.