Laponite türevi killere lipaz immobilizasyonu ve kararlılığının incelenmesi
Immobilization study of lipase on laponite derivative clays and investigation of its stability
Yazar: SÜMEYYE DÖNMEZ
Danışman: DOÇ. DR. EMRE ASLAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyokimya = Biochemistry

Özet:
Lipazlar (E.C.3.1.1.3), triaçilgliserollerin hidrolize edilmesini ve bunun sonucunda serbest yağ asidi, gliserol, mono ve diaçilgliserollerin oluşmasını sağlayan, ayrıca esterifikasyon, transesterifikasyon gibi tersinir önemli birçok reaksiyonu da katalizleyebilen enzimlerdir. Biyosensör, organik sentez, farmakoloji, deterjan, kozmetik, gıda endüstrisi gibi farklı endüstriyel uygulamalarda geniş kullanım alanına sahiptir. Buna rağmen, kararlılık, aktivite ve tekrar kullanılabilirlik gibi özellikleri  kullanım alanlarını sınırlamaktadır. Bu sebeple immobilizasyon tekniğinin kullanılması, lipazların kullanımını artırmaya yönelik çok iyi bir seçenektir. Kil mineralleri doğada fazla miktarda bulunan, düşük maliyetli, non-toksik ve katmanlı bir yapıya sahip inorganik malzemelerdir. Sentetik kil minerallerinden biri olan Laponite, yüksek yüzey alanına ve asimetrik yük dağılımına sahiptir. Laponite türevi kil mineralleri yüksek katyon değiştirme kapasitesi, benzersiz kimyasal ve yapısal kararlılık, tabakalar arasındaki zayıf etkileşimlere bağlı olarak organik ve inorganik moleküllerin interkalasyonuna izin vermesinden dolayı enzim immobilizasyonu için umut verici bir alternatiftir. Bu özelliklerinden dolayı bu tez çalışmasında destek materyal olarak Laponite EP kullanılmıştır. 
İmmobilizasyon işleminden önce Laponite EP'nin XRD, XRF, SEM, TEM ve Raman spektroskopisi ile yapısal ve morfolojik karakterizasyonu yapılmıştır. Daha sonra Candida rugosa lipaz (CRL), Laponite EP'ye fiziksel adsorbsiyon yöntemiyle immobilize edilmiştir (Laponite@CRL). Laponite EP@CRL'nin lipaz aktivitesi 1724,75 U/g, bağlanan protein miktarı 2,65 U/mg olarak bulunmuştur. Laponite EP@CRL'nin, 60°C'de 120 dakika inkübasyondan sonra aktivitesinin %68'ini koruduğu görülmüştür. Laponite EP@CRL, +4°C'de 5 hafta boyunca depolandığında aktivitesinin %52'sini koruduğu gözlenmiştir. Ayrıca tekrar kullanılabilirliği incelendiğinde immobilize lipaz 5. tekrar kullanımdan sonra bile aktivitesinin %55'ini korumuştur. Laponite EP@CRL'nin optimum sıcaklığı 30°C ve optimum pH'sı 5 olarak bulunmuştur. Bu çalışma, Laponite türevi kil minerallerinin enzimlerin aktivitesini, termal ve depolama kararlılığını arttırması, tekrar kullanılabilirliğine olanak sağlaması açısından bundan sonraki immobilizasyon çalışmalarında da çok etkili bir şekilde kullanılabileceğini göstermektedir.

Abstract:
Lipases (E.C.3.1.1.3) are enzymes that enable the hydrolysis of triacylglycerols and the resulting formation of free fatty acids, glycerol, mono and diacylglycerols, and can also catalyze many important reversible reactions such as esterification and transesterification. They have a wide range of uses in different industrial applications such as biosensor, organic synthesis, pharmacology, detergent, cosmetics and food industry. However, features such as stability, activity and reusability limit its usage areas. Therefore, using the immobilization technique is a very good option to increase the utilization of lipases. Clay minerals are inorganic materials that are found in large amounts in nature, have a low cost, non-topik and layered structure. Laponite, one of the synthetic clay minerals that has a high surface area and asymmteric charge distribution. Laponite-derived clay minerals are a promising alternative for enzyme immobilization since their high cation exchange capacity, unique chemical and structural stabilities allowing the intercalation of organic and inorganic molecules due to weak interactions between layers. Due to these characteristics, Laponite EP is used as a supporting material in this thesis.
Before the immobilization, structural and morphological characterization of Laponite EP was performed by XRD, XRF, SEM, TEM and Raman spectroscopy. After, Candida rugosa lipase (CRL) was immobilized to Laponite EP by physical adsorption method (Laponite EP@CRL). Lipase activity of Laponite EP@CRL was found to be 1724,75 U/g and amount of protein binding was found to be 2,65 U/mg. Laponite EP@CRL maintained %68 of its activity after incubation for 120 minutes at 60ºC. Laponite EP@CRL was observed to retain %52 of its activity when stored at +4ºC for 5 weeks. Also, when its reusability was examined, immobilized lipase retained %55 of its activity even after the fifth reuse. Finally, optimum temperature of Laponite EP@CRL was found to be 30°C and optimum pH of 5. This work has shown that Laponite-derived clay minerals can be used very effectively in future immobilization studies in terms of increasing the activity, thermal and storage stability of enzymes and enabling their reusability.