Jiangella alba tarafından üretilen beta-glukozidaz, beta-ksilozidaz ve alfa-L-arabinofuranozidaz enzimlerinin kısmi karakterizasyonu
Partial characterization of beta-glucosidase, beta-xylosidase and alpha-L-arabinofuranosidase enzymes produced by Jiangella alba
Yazar: ZEYNEP GÜL AYTAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ OSMAN ADIGÜZEL
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Biyoetanol = Bioethanol ; Karakterizasyon = Characterization ; Moleküler genetik = Molecular genetic ; Su-etanol = Water-ethanol

Özet:
Çalışmada Jiangella alba'ya ait β-glukozidaz, β-ksilozidaz ve α-L-arabinofuranozidaz enzimlerinin kısmi saflaştırılmaları ve karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Literatür araştırmasında J. alba ektraselüler selülaz ve
hemiselülaz enzimlerine ait bir çalışma bulunmamaktadır. Amonyum sülfat çöktürme ile kısmi saflaştırılmış olan enzimlerin optimum sıcaklıkları 40 o C, optimum pH değerleri 8 olarak tespit edilmiştir. β-glukozidaz'ın %2, α-L-arabinofuranozidaz'ın %1 NaCl oranlarında %100 görece aktivite gösterdiği tespit edilmiştir. Ayrıca, enzimlerin %10 oranında NaCl varlığında dahi enzim aktivitesinin %50'den fazlasını koruduğu ve NaCl varlığında (≤ %12) 1 saat
süresince oldukça kararlı kalabildiği gözlemlenmiştir. β-glukozidaz enzimi için elde edilen ölçüm sonuçlarına göre Ca 2+ , Co 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Zn 2+ ve Fe 2+ 'in enzim aktivitesini önemli ölçüde arttırdığı gözlemlenmiştir. Tween 20, triton X-100, β- merkaptoetanol ve EDTA'nın enzim aktivitesinde artışa neden oldukları tespit edilmiştir. Reaksiyon karışımında aseton ve kloroformun bulunması β-glukozidaz aktivitesi üzerinde önemli bir etkiye sebep olmamıştır. Ancak deney sonuçlarına göre bütanol varlığında enzimin kısmen inhibe olduğu görülmüştür. Lignoselüloz türevli inhibitörlerden vanilik asitin enzim aktivitesini %9.5 arttırdığı belirlenmiştir. β- ksilozidaz görece aktivitesinin Zn 2+ ve Fe 2+ ile önemli ölçüde arttığı gözlemlenmiştir. Kimyasalların ise β-ksilozidaz aktivitesi üzerinde anlamlı bir etkisi görülmemiştir. Ancak organik çözücülerin enzim aktivitesinde azalmaya neden olduğu kaydedilmiştir. Lignoselüloz türevli inhibitörler ise β-ksilozidaz'ın görece aktivitesini %30'a kadar arttırmıştır. α-L-arabinofuranozidaz'ın karakterizasyonu sonucunda ise Ca 2+ , Mn 2+ ve Fe 2+ iyonlarının enzimin görece aktivitesini önemli ölçüde arttırdığı gözlemlenmiştir. Kimyasallar açısından tween 20, triton X-100, β- merkaptoetanol ve EDTA'nın; çözücülerden ise DMSO, kloroform, izopropanol ve bütanolün α-L-arabinofuranozidaz'ın görece aktivitesini arttırdığı belirlenmiştir. Son olarak, J. alba ekstraselüler enzim karışımı (20 mg) kullanılarak ön-muamele edeilmiş buğday samanının hidrolizi gerçekleştirilmiş ve 1 g kuru substrat için yaklaşık 160 mg indirgenmiş şeker açığa çıkarılmıştır. Hidroliz sonrasında kalan saman parçaları steryo ve elektron mikroskopları altında görüntülenmiştir. Elde edilen hidroliz ürünleri ise ince tabaka kromatografisi ile belirlenmiştir. Sonuçta, J. alba ile üretilen β-glukozidaz, β-ksilozidaz ve α-L- arabinofuranozidaz enzimlerinin ve ekstraselüler enzim karışımının biyoetanol üretiminde kullanım potansiyeli olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In the study, the isolation and characterization of the β-glucoidase, β-xysilosidase and α-L-arabinofuranosidase enzymes belonging to Jiangella alba were performed. The activity has been tested of enzymes in the presence of metal ions,
chemicals, solvents and lignoselulous derivative inhibitors. In the pretreatment stage of bioethanol production, phenolic and acidic compounds are released that can have an inhibitory effect on the enzymes involved in the hydrolysis step. In the study performed, lignoselulose derivative inhibitors have been tested for effects on enzyme activity. There is no study of J. alba extracellular cellulase and hemicellulase enzymes. The optimum temperature of the enzymes was found to be 40 o C, and the optimum pH were 8. According to the measurement results obtained for the β-glucosidase enzyme, it was observed that Ca 2+ , Co 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Zn 2+ and Fe 2+ significantly increased the enzyme activity. The presence of acetone and chloroform in the reaction mixture did not have a significant effect on the relative activity of β-glucosidase. However, according to the test results, it was observed that the enzyme was partially inhibited in the presence of butanol. It was determined that vanillic acid, one of the lignocellulose-derived inhibitors, increased the enzyme activity by 9.5%. However, it was observed that Zn 2+ and Fe 2+ significantly increased the β- xylosidase activity. It has been seen in the experimental results that chemicals and solvents do not have an enhancing effect on the enzyme activity and lignocellulose- derived inhibitors increase the activity up to approximately 30%. Ca 2+ , Mn 2+ and Fe 2+ metal ions significantly increase the activity of α-L-arabinofurannosidase. Tween 20
causes a relative increase on the enzyme activity of triton X-100, β-mercaptoethanol and EDTA. DMSO, chloroform, isopropanol and butanol increase the relative activity of the enzyme. In the presence of DMSO, chloroform, isopropanol and butanol, it was determined that the relative activity of the enzyme increased at a high rate. Finally, hydrolysis of pretreated wheat straw was performed using J. alba extracellular enzyme mixture (20 mg). About 160 mg of reduced sugar is released per 1 g of dry substrate. Straw pieces remaining after hydrolysis were visualized under stereo and electron microscopes. The obtained hydrolysis products were determined by thin layer chromatography. According to the results obtained in the study, it was seen that β-glucosidase, β-xylosidase and α-L-arabinofuranosidase enzymes have potential to be used in the bioethanol production industry.