Süperkritik CO2 ortam koşullarının Candida rugosa lipaz enziminin katalitik performansına etkisi ve enzim konformasyonel yapısının Fourier transform infrared spektroskopisi ile karakterizasyonu
The effect of supercritical CO2 environmental conditions on the catalytic performance of Candida rugosa lipase and characterization of enzyme conformational structure with Fourier transform infrared spectroscopy
Yazar: ÖZGÜR ALSAN
Danışman: PROF. DR. UĞUR SALGIN
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Enzimlerin yer aldığı biyokimyasal reaksiyon mühendisliğinde ya da kiral seçici özelliğe sahip olan ve katalitik aktiviteye sahip proteinler ile enantiomerik bileşiklerin ileri düzeyde ayırma ve saflaştırma proseslerinde toplam üretim ya da ayırma maliyetinin % 20'si bu ortamlarda kullanılan enzimler için harcanmaktadır. Bu proseslerde reaksiyonun ya da ayırmanın seçimliliği ve verimliliği kullanılan enzimlerin modifikasyonu ya da proses işletme koşullarının iyileştirilmesi ile arttırılabilir. Süperkritik CO2 teknolojisi birçok alanda ekosistem dostu proseslerin gelişmesine öncülük etmektedir. Yüksek lisans tez projesinin temel amacı; yüksek basınç CO2 ortamında liyofilize edilmiş toz formdaki model enzim olarak seçilen Candida rugosa lipaz enziminin katalitik performansına etki eden 3160 oC sıcaklık ve 73.8300 bar basınç işletme koşulları için termodinamik özelliklerinin etkisi araştırılmıştır. Belirtilen özelliklerin enzim konformasyonel yapısı üzerindeki etkisiyle katalitik aktivitede meydana gelen değişimlerin bilimsel olarak aydınlatılması önemlidir. Araştırmada enzimlerin konformasyonel yapısı Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FTIR) spektroskopisi ile karakterize edilmiştir. Ayrıca katalitik aktivite, hidrodinamik çap ve zeta potansiyelinde meydana gelen değişimler incelenmiştir. Yüksek basınç CO2 ortamında ön işlem gören lipaz enzim katalitik aktiviteleri ön işlem görmemiş enzime kıyasla geniş bir sıcaklık ve basınç aralığında genel olarak arttığı saptanmıştır. Basınçlandırılmış CO2 ortamında ön işlem gören enzimin belirlenen işletme koşullarında αsarmal yapısındaki azalma katalitik aktivitesinin artmasına yol açmakta ve aktif konumda açık bir yapıya substratın daha kolay erişimini sağlamaktadır. Enzimin katalitik aktivitesi; lipaz konformasyonel yapısındaki özellikle αsarmal yapısındaki değişimlerle önemli ölçüde değişmektedir. Ancak enzimin hidrodinamik çapı ve zeta potansiyelindeki değişimlerden önemli ölçüde etkilenmemektedir. Enzimlerin ön işlem gördüğü farklı işletme koşullarında hidrodinamik çapları 199.1 ile 258.6 nm arasında değişmiştir. Hidrodinamik çapındaki artış, basınç altında ön işlem gören enzim molekülleri arasındaki agregasyon sürecinden ve konformasyonel yapısındaki değişimlerden kaynaklanmaktadır. Belirtilen çalışma koşullarında zeta potansiyel değerleri 5.82 ile 8.39 mV arasında değişmektedir.

Abstract:
In biochemical reaction engineering involving enzymes or in advanced separation and purification processes of enantiomeric compounds using chiral selectivity and catalytically active proteins, approximately 20% of total production or separation costs is spent for enzymes in which use these environments. In these processes the selectivity and the efficiency of reaction or separation can be increased with modification of enzymes or improvement of the process operating conditions. Supercritical CO2 technology in many areas is to lead the development of ecosystem friendly processes. The main objective of the master's thesis project; the effect of thermodynamic properties such as temperature (3160 oC) and pressure (73.8300 bar) on the catalytic performance of Candida rugosa lipase which is selected as an model enzyme, lyophilized powder forms, was investigated. It is important scientifically clarify how these specified properties change the catalytic activity depending on the enzymes conformational structure. In the study the conformational structure of enzyme was characterized by Fourier Transform Infrared spectroscopy. Moreover, changes in the catalytic activity, in hydrodynamic diameter and zeta potential were investigated. When compared to the untreated enzyme, the catalytic activity of lipase enzymes which were pretreated in the high pressure CO2 environment were increased generally in a wide range of temperature and pressure. Decrease in the αhelix structure, where enzymes were pretreated in the high pressure CO2 environment at the defined operating conditions, leads to enhance the catalytic activity and also provide easier access to the active position (open structure) of substrate. The catalytic activity of enzyme changed depending on the conformational changes such as α helix structure. However, the hydrodynamic diameter and zeta potential of the enzyme are not significantly affected by these changes. The different operating conditions of the pretreated enzyme in the hydrodynamic diameter of 199.1 nm and 258.6 nm has been changed. The increase in hydrodynamic diameter is caused by conformational changes in the structure and also aggregation of the enzyme. In the study, zeta potential values of 5.82 mV and  8.39 mV has been changed.