Mikroakışkan sistemde sol-jel yöntemi kullanılarak immobilize edilmiş enzim ile model bir saponinin aglikonuna biyokatalizi
Conversion of a model saponin to agylcone with sol-gel immobilised enzyme in microfluidic system
Yazar: DİLAN KARABULUT
Danışman: DOÇ. DR. ÖZLEM YEŞİL ÇELİKTAŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında beta-glukozidaz enziminin sol-jel tekniği ile tetraetilortosilikat (TEOS) ve tetrakis (2-hidroksietoksi) silan (EGMS) öncüllerinden sentezlenen silika monolitler içerisine immobilizasyonunu gerçekleştirerek, bu immobilizasyon tekniğinin mikroakışkan sistemlere uygulanması yolu ile mikroreakör içerisinde model saponin olarak seçilen Ginseng RB1 saponinin aglikonuna dönüştürülmesi amaçlanmıştır. 
	Serbest enzim ve immobilize enzim ile ilgili kinetik çalışmalar pnpg substratı ile gerçekleştirilmiştir. Silika monolitlerin karakterizasyonu amacıyla Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizi, Brunauer–Emmett–Teller (BET) yüzey alanı ve Barrette–Joyner–Halenda (BJH)  por çapı ve hacmi, ve Fourier Dönüşümlü Infrared Spektrofotometre (FTIR) analizleri yapılmıştır. 
	İmmobilizasyon sonucunda TEOS türevli monolitlerde ve EGMS türevli monolitlerde sırası ile % 68 ve % 60 oranlarında nispi aktivite elde edilmiştir. Serbest enzim Vmax ve Km değeri 0.018 mmol mg-1dk-1 ve 30 mM, TEOS türevli monolite immobilize edilmiş enzim için 0.009 mmol mg-1dk-1 ve 79 mM olarak bulunmuştur. 
	Uygulanan immobilizasyon yönteminin kinetik çalışmalar ve karakterizasyon çalışmaları ile beta glukozidaz enzimi için uygun olduğu belirlenmiş ve aynı şekilde ölçek küçültülerek mikroreaktöre içerisine immobilizasyon gerçekleştirilmiştir. Pnpg substratının dönüşümü TEOS-PEO ve EGMS-PEO türevli mikroreaktörler için sırası ile % 25 ve % 19 olarak belirlenmiştir. Mikroreaktörde ginseng RB1 saponininin dönüşümü, 5 saatte % 37.88 oranında sağlanırken, serbest enzim ile gerçekleştirilen reaksiyonda dönüşüm olmamıştır. Aynı zamanda mikrosistemde, serbest enzim ile elde edilen molekül formlarından daha farklı moleküller elde edilmesi, mikrosistem içerisinde saponin moleküllerinin aglikon formuna dönüşümünün optimizasyon çalışmaları ile sağlanabileceğini göstermektedir.
Bu tez çalışması, enzimatik mikroreaktörlerde ginseng saponinleri gibi karmaşık moleküler yapıya sahip olan bir molekülün hidrolizinin gerçekleştirildiği ilk çalışmadır. 

Anahtar sözcükler: Sol-jel, TEOS, EGMS, BET, BJH, Mikroreaktör, Ginseng RB1

Abstract:
In thesis, synthesis a sol-gel silica based biomaterial with tetraethoksimetil (TEOS) and ethylene glycol modified silane (EGMS) precursors for preparation of β-glucosidase immobilized monolith microreactor system as a miniaturized platform for biocatalytic reactions. Following to enzyme kinetics evaulation with 4-Nitrophenyl β-D-glucopyranoside (pnpg) as a subsrate, biocatalysis of ginseng RB1 saponin as a model saponin into its aglycone form.  Characterization of silica monoliths was achieved with Scanning Electron Microscpe (SEM), Brunauer–Emmett–Teller (BET) surface area ve Barrette–Joyner–Halenda (BJH) pore size and volume and Fourier Tranform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis.
In this study, relative activity of enzyme immobilized in TEOS and EGMS derived monolits 68% and 60% respectively. Vmax values of free and immobilized enzyme in TEOS derived monolith were determined as 0.018 mmol mg-1mg-1 /mg and 0.009 mmol mg-1min-1/mg and Km values was determined 30 mM and 79 mM, respectively. Activity of immobilized enzyme in microreactor and enzyme in solution were compared. As result, maximum conversion yield were 25% and 19% for TEOS-PEO and EGMS-PEO derived monolithic microreactors, respectively while 72% of pnpg was converted to glucose with enzyme in solution. 

Converson yield was obtained as % 33.88 after 5 hours with 0.02 mg enzyme in TEOS-PEO derived monolithic microreactor, but with enzyme in solution no conversion product was obtained. This results showed that there is strong possibility for obtain aglycone form of saponins with further optimization of parameters in microsystem.
This study is the first study for hydrolysis of molecules with complex molecular structure such as ginseng saponines in enzymatic microreactor systems.

Keywords: Sol-gel, Microreactor, TEOS, EGMS, BET, BJH, Ginseng RB1