Metal içeren fonksiyonel biyopolimer sistemlerin geliştirilmesi
Development of functional biopolymer systems containing metal
Yazar: MESUT KARAHAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ZEYNEP AKDESTE
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Biyokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya = Chemistry

Özet:
Fonksiyonel biyopolimer sistemler olarak suda çözünen ve çözünmeyen protein-polielektrolit kompleksleri (PPC); protein saflaştırılması, enzim immobilizasyonu ve sentetik aşı geliştirilmesi gibi bir çok çalışmalara konu olan polimer-protein bileşiklerinin bir sınıfıdır. PPC oluşumunda esas kuvvet elektrostatik etkileşim olmasına karşın bununla birlikte hidrofobik etkilerin ve hidrojen bağlarının katkısı da mümkündür. Sulu çözeltilerde polielektrolit ile proteinin arasındaki etkileşimleri pH, iyonik şiddet ve protein/polielektrolit oranlarına bağlı olduğu bulunmuştur. Bu polikompleksler güçlü immün cevap ve yüksek seviyede immünolojik koruma sağlamaktadır.Bu tez çalışmasında; sulu yada tampon çözeltide (pH:7) bakır iyonlarının varlığında (Cu2+) anyonik polielektrolitlerin [poliakrilik asit (PAA) ve metil vinil eter-maleik anhidrit kopolimeri (PMVEMA)] ve sığır serum albumin (BSA) arasındaki etkileşim UV-visible, Fluoresans, Dinamik ve Elektroforetik Işık Saçılması, FT-IR ve Atomik Kuvvet Mikroskobu ölçümleri ile araştırıldı. Ayrıca komplekslerin toksititeleri de incelendi. Bileşenlerin oranı, metal iyonlarının yapısı ve çevre koşulları geçiş metal iyonlarının varlığında anyonik PE'ler ve negatif yüklü BSA arasında çözünen yada çözünmeyen üçlü PE-metal-BSA kompleksleri oluşmasını etkilemektedir. PE-Cu2+-BSA üçlü komplekslerinin oluşumunda bileşenlerin oranına ve karıştırma sırasına bağlı olarak, kompleks oluşumları ve hızları incelenmiş ve nCu2+/nAA= 0,4 ve nCu2+/nMVEMA= 0,5 oranlarında hazırlanan suda çözünen üçlü polikomplekslerin en kararlı olduğu gözlenmiştir.Elde edilen sonuçlar ışığında komplekslerin model yapıları önerildi. Metal iyonlarının aracılığıyla kompleks oluşumunda üçlü polikompleks partikülleri, protein molekülünün pratik olarak çözelti ile etkileşimde olduğu çok hassas yapılardır. Bu sonuçlar yeni türde immünojenlerin geliştirilmesinde oldukça önemlidir (Yapay Polimerik Aşı).Anahtar kelimeler: Polielektrolit, Üçlü Polimer-Metal-Protein Kompleksleri, Fluoresans, Dinamik ve Elektroforetik Işık Saçılması, Atomik Kuvvet Mikroskobu, Polimerik Yapay Aşı

Abstract:
Water-soluble and insoluble protein-polyelectrolyte complexes (PPC) as functional biopolymer systems represent a specific class of polymer-protein compounds which are the subject of many studies such as protein purification, enzyme immobilization and development of synthetic vaccines. Electrostatic interactions are the main forces in PPC formations however, hydrophobic effects and hydrogen bonding are also possible. The interactions of polyelectrolytes (PE) with proteins in aqueous solutions are found to be dependent on pH, ionic strength and protein/polyelectrolyte ratios. Some of these polycomplexes reveal strong immune response and provide a high level of immunological protection.In the thesis study; the interaction between anionic polyelectrolites [polyacrylic acid (PAA) and copolymer of methyl vinyl ether and maleic anhyride (PMVEMA)] and bovin serum albumin in the presence of Cu2+ ions in aqueous or buffer (phosphate buffered saline, PBS) solution (pH: 7) were investigated by the measurements of UV-visible, Fluorescence, Dynamic and Electrophoretic Light Scattering, Fourier Transform Infrared (FT-IR) and Atomic Force Microscopy (AFM). Also the toxicities of polycomplexes were investigated. The ratio of ingredients, nature of metal ions and environmental conditions effect the formation of soluble and insoluble ternary PE-metal-BSA complexes between negatively charged BSA and PE in the presence of transition metal ions. Depending on the ratios of components, and sequence of mixing of components in the formation of ternary complexes of PE-Cu2+-BSA, complex formations and formation rates were examined and it was observed to be the most stable of water soluble ternary polycomplexes prepared on the ratios of nCu2+/nAA = 0,4 and nCu2+/nMVEMA = 0,5.On the basis of the obtained results, we can suggest following hypothetical model. At the complex formation via metal ions, the ternary polycomplex particles have more friable structures in which protein molecules are practically exposed to solution. These results are important because they can be used for developing new type of synthetic immunogens (Artificial Polymeric Vaccine).Key words: Polyelectrolyte, Ternary Polymer-Metal-Protein Complexes, Fluorescence, Dynamic and Electrophoretic Light Scattering, Atomic Force Microscopy, Artificial Polymeric Vaccine