Atıksu ön arıtımı için koimmobilize enzim tasarımı
Coimmobilised enzyme designing for wastewater pretreatment
Yazar: SİNEM DİKEN GÜR
Danışman: PROF. DR. NİLÜFER AKSÖZ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Belirli bir bölgeye katalitik aktivitesini koruyarak yerleştirilmiş, sürekli kullanılabilir ve uzun süre saklanabilir enzimler olarak tanımlanan immobilize enzimler, atıksu arıtım işlemlerinde sert kimyasal ajanların ve uzun süren biyolojik işlemlerin yerini almaktadır. 
Bu çalışmada proteaz, pektinaz ve α amilaz enzimlerinin ko-immobilizasyonu amacıyla Na aljinat, Na aljinat-κ karragenan hidrojel, glutaraldehit ile aktive edilen Na aljinat, ekleme yapılmış Na aljinat ve glutaraldehit ile aktive edilen kitosan boncuklar kullanıldı. Üç enzimin de başarılı bir şekilde ko-immobilize edilebildiği Na aljinat boncuklar ve glutaraldehit ile aktive edilen kitosan boncuklar kullanılarak çalışmaya devam edildi. 
Enzimler, Na aljinat boncuklara hapsedilirken glutaraldehit kullanılarak aktive edilen kitosan boncukların yüzeyine kovalent olarak bağlandılar. Karakterizasyon çalışmaları taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ile gerçekleştirildi. İki farklı destek materyal ve metot kullanılarak ko-immobilize edilen enzimler sıcaklık ve pH stabilitesi, tekrarlanabilirlik ve saklama stabilitesi gibi özellikleri bakımından birbirleriyle karşılaştırıldılar. 
İmmobilizasyon verimi ve bağıl aktivitesi daha yüksek olan, tekrarlanabilirlik ve saklama stabilitesi bakımından daha uygun olan enzim ko-immobilize kitosan boncuklar kullanılarak atıksu ön arıtım işlemi gerçekleştirildi. Bu amaçla sentetik evsel atıksu, gerçek bir atıksu örneği ve deniz suyu içerisine atık maddeler eklenerek kullanıldı. Deniz suyunda pektinaz enzimi inhibe olurken, α amilaz ve proteazda maksimum giderim miktarları saptandı. Sentetik ve gerçek evsel atıksu örneklerinde ise, ko-immobilize α amilaz ve proteaz enzimlerinin giderim oranları birbirlerine yakın sonuçlar gösterirken, pektinaz için gerçek evsel atıksudaki ürün oluşumu daha yüksek olarak saptandı.  
Bu çalışmada atıksu ön arıtımı için glutaraldehit ile aktive kitosan boncuklar kullanılarak α amilaz, proteaz ve pektinaz enzimleri ko-immobilize edildi.  Geliştirilen bu materyalin çoklu enzim ko-immobilizasyon çalışmalarının tasarlanması için bir model olacağına ve gelecekte bu konuda yapılacak çalışmalara ışık tutacağına inanmaktayız.

Abstract:
Immobilized enzymes are defined as enzymes physically confined or localized in a particular region with retention of their catalytic activities, and which can be used continuously and stored for a long period; take the place of harsh chemical agents and long-lasting biological processes in the wastewater treatment process. 
In this study Na alginate, Na alginate-κ carrageenan hydrogels, Na alginate activated with glutaraldehyde, grafted Na alginate and chitosan activated with glutaraldehyde were used with intent to co-immobilization of protease, pectinase and α amylase enzymes. The study was continued by using Na alginate beads and glutaraldehyde-activated chitosan beads in which three enzymes could be successfully co-immobilized. The enzymes were covalently bond to the surface of chitosan beads activated by glutaraldehyde while entrapped into the Na alginate beads. Characterization studies were performed with scanning electron microscopy and Fourier transform infrared spectroscopy. 
Enzymes, co-immobilized using two different support materials and methods, were compared with each other in terms of temperature and pH stability, reusability and storage stability characteristics. Wastewater pretreatment process was performed by using glutaraldehyde-activated chitosan beads which have a higher immobilization yield and relative activity and are more appropriate in respect to reproducibility and storage stability. For this purpose, synthetic manucipial wastewater, real wastewater sample and sea water were used in which waste materials were added. In sea water, while pectinase enzyme was inhibited, the maximum removal quantity was determined by α amylase and protease.  In terms of synthetic and municipal wastewater, while the removal rates of co-immobilized α amylase and protease enzymes showed very close results, it was determined that the product formation of pectinase in manucipal wastewater was higher.
In this study, pectinase, protease and α amylase enzymes were co-immobilized using glutaraldehyde activated chitosan beads for pre-treatment of wastewater. We believe that this developed material will be a model for the design of multi enzyme co-immobilization studies and will shed light on future researches on this topic.