Süperkritik akışkan ortamda lipazların taşıyıcısız enzim immobilizasyonu
Lipase enzyme immobilization carrier of supercritical fluid environment
Yazar: HASAN APTİŞ
Danışman: DOÇ. DR. UĞUR SALGIN
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Presipite edilen enzimlerin kovalent çapraz bağlanmasıyla oluşturulan çapraz bağlı enzim agregatları (CLEA) taşıyıcısız immobilize enzim ailesine son yıllarda katılmıştır. Yüksek lisans tez projenin temel amacı; yaygın uygulamalar için katalitik açıdan oldukça aktif ve yeniden kullanılabilir CLEA?larının tasarımına yönelik esnek bir teknoloji platformu oluşturmaktır. Bu yeni teknoloji ile hazırlanan CLEA?lar enzim agregatların partikül boyutlarının kontrolü, enzim konformasyonunun esnekliği ve enzim aktivitesinin artırılması gibi önemli avantajlar sağlamaktadır. Süperkritik akışkanın fizikokimyasal karakteristiklerinin proses parametreleri ile değiştirilmesi sonucu enzimin mikro çevresi meydana gelen değişimler enzimin katalitik aktivitesini ve kararlılığını etkilemektedir. Bir protein çözeltisi süperkritik CO2 (scCO2) ile basınçlandırıldığında çözeltinin asitlik derecesini azaltarak potansiyel protein presipitasyonu gerçekleşmektedir. Çözeltilerin elektrostatik sabiti uygun presipitant ve agregat ajanının eklenmesiyle değiştirilebilir. Yüksek lisans tez projesinde model enzim olarak Candida rugosa lipazı (CRL) kullanılmıştır. CLEA teknolojisindeki darboğazların çözümü taşıyıcısız enzim immobilizasyonunun koşulları optimize edilerek çözülebilinir ve elde edilen immobilize enzimlerin morfolojik ve yapısal değişimleri ile karakterize edilebilir. Bu projesinin amacı doğrultusunda yüksek basınç reaktör sistemi içerisinde scCO2 ortamında ön işlem gören CRL enzimleri ile oluşturulan CLEA?ların katalitik performansının geliştirilmesi hedeflenmiştir. scCO2 ?in sıcaklık ve basınç koşulları sırasıyla 31-50 oC ve 7.38-30 Bar aralığında değiştirilmiştir. CRL enzimi kullanılarak oluşturulacak olan CLEA?ların katalitik performanslarını geliştirmek için en uygun ön işlem koşulları; 31 oC, 100 bar ve 15 min olarak belirlenmiştir. CLEA aktivitelerinde başlangıç enzim derişimi (CEo=150 mg/mL) ve amonyum sülfat derişimi (C(NH4)2SO4=600 mg/mL) etkisinde incelenmiştir. Oluşturulan agregatların birbirine bağlanmasında çapraz bağlayıcı ajan olarak gluteraldehit (GA) kullanılmıştır. GA derişimi CGA=20-40 ?L/mL değişim aralığında incelenmiştir. Sentezlenen CLEA?ların katalitik aktivitelerini arttırmak için proteik feeder ajan olarak bovin serum albümin (BSA) ve lizin, katkı maddesi olarak da Triton X-100 kullanılmıştır. Sentezlenen CLEA?ların katalitik aktivitelerini arttırmak için proteik feeder ajan olarak bovin serum albümin (BSA) ve lizin, katkı maddesi olarak da Triton X-100 kullanılmıştır. BSA derişimi CBSA= 3.33-16.65 mg/mL, lizin derişimi (CLizin=1.67-8.35 mg/mL) ve Triton X-100 derişimi CTriton X-100=3.33-6.66 ?L/mLdeğişim aralığında incelenmiştir. CLEA sentezinde ortam pH?ının etkisi de incelenmiştir. Ortam pH?ı 5-9 aralığında değişmiştir. En yüksek CLEA aktivitesine, pH=7?ı olan 0.1 M Na2HPO4-NaH2PO4.2H2O tampon ortamında ön işlem görmüş enzimin CEo=150 mg/mL, CGA=20 ?L/mL, C(NH4)2SO4=600 mg/mL, Clizin =6.67 mg/mL ve CTriton X-100=6.66 ?L/mL koşullarında elde edilmiş ve CLEa aktivitesi 3755 U/g CLEA olarak saptanmıştır.viAnahtar kelimeler: Taşıyıcısız enzim immobilizasyonu, Çapraz bağlı enzim agregatları, Candida rugosa lipazı, Enzim, Süperkritik CO2

Abstract:
Cross-linked enzyme aggregates created by covalent cross-linking of the enzyme precipitated have participated in the carries-free enzyme immobilization family in the recent years. This master project is to construct a flexible technology platform for designing highly active and reusable CLEAs for broad applications. CLEAs preparing with this new technology provides significant advantages such as particle size control of enzyme aggregates, flexibility of enzyme conformation and improvement of enzyme activity. The alteration of physicochemical characteristics of supercritical fluids by process parameters remark influence around the micro environment of enzymes and this also affect catalytic activity and stability of enzyme. The acidity degree of a protein solution decreases with the pressurization of supercritical CO2, and so the potential protein precipitation can occur. The electrostatic constant of solutions can be changed with the addition of the appropriate precipitant and aggregate agents. The solution of drawbacks in the CLEA technology can be solved by the enzyme immobilization conditions. The immobilized enzyme obtained can be characterized by morphological and structural changes. For the purpose of this project we are aim to enhance the catalytic performance of enzyme which treated with scCO2 medium in high pressure reactor system before the CLEA preparation of CLEA. The pressure and temperature conditions of scCO2 were varied 31-50 oC and 7.38-30 Bar, respectively. The appropriate pre-treatment conditions to improve the catalytic performance of CLEAs synthesized using CRL were determined as 31 oC, 100 bar and 15 min. The effect of initial enzyme concentration (CEo=150 mg/mL) and ammonium sulphate concentration (C(NH4)2SO4=600 mg/mL) on CLEAs activities were investigated. Glutaraldehyde (GA) as cross-linking agent was used for binding in the generated aggregates. The concentration of GA varied from 20-40 ?L/mL. Bovine serum albumin (BSA) and lysine as a proteic feeder and also Triton X-100 on CLEAs activities were also investigated to increase the catalytic activity of the synthesized CLEAs. BSA concentration (CBSA) and lysine concentration (CLysine) varied from 3.33to 16.65 mg/mL, and from 1.67 to 8.35 mg/mL, respectively, and also Triton X-100 concentration (CTriton X100) varied from 3.33 to 6.66 µL/mL. The effect of the environment pH was also investigated in CLEA synthesis. The range of the environment pH range varied from 5 to 9. The maximum CLEA activity obtained as approximately 3755 U/g CLEA atCEo=150 mg/mL, CGA=20 ?L/mL, C(NH4)2SO4=600 mg/mL, C lysine =6.67 mg/mL and CTriton X-100=6.66 ?L/mL with pH=7 0.1M Na2HPO4-NaH2PO4.2H2O bufferKeywords: Carrier free enzyme immobilization, Cross linked enzyme aggregates, Candida rugosa lipase, Candida antarctica lipase, Enzyme, Supercritical CO2