Scytalidium thermophilum çift aktiviteli katalaz-fenol oksidazın (CATPO) katalitik etkinliğinin arttırılması
Increasing the catalytic effectiveness of a bifunctional catalase-phenol oxidase (CATPO) from Scytalidium thermophilum
Yazar: ÇİĞDEM AKÇAY
Danışman: DOÇ. DR. YONCA YÜZÜGÜLLÜ KARAKUŞ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Katalaz = Catalase ; Katalitik aktivite = Catalytic activity ; Scytalidium thermophilum = Scytalidium thermophilum

Özet:
Katalazlar, antioksidan enzimlerdendir. Katalazların temel görevi, reaktif oksijen türlerinden (ROS) biri olan hidrojen peroksit molekülünü parçalayarak su ve moleküler oksijene dönüştürmesidir. Termofilik bir mantar olan Scytalidium thermophilum kaynaklı çift aktiviteli CATPO (Katalaz-Fenol Oksidaz) şeklinde isimlendirilen enzim, Fe/hem grubu bulunduran monofonksiyonel katalazlardandır. Monofonksiyonel katalaz ailesinin bir üyesi olmasına rağmen asıl fonksiyonun yanında hidrojen peroksit yokluğunda başka kofaktörlere gereksinim duymadan çeşitli fenolik bileşikleri okside edebilme yeteneği de göstermektedir. Ancak bu ikincil aktivite, katalaz aktivitesine göre oldukça düşük seviyede gerçekleşmektedir. Gerçekleştirilen bu çalışmada; CATPO'nun fenol oksidaz aktivitesini arttırarak farklı endüstriyel uygulamalarda kullanmak üzere daha etkin bir enzimin elde edilmesi amaçlandı. Bu amaç doğrultusunda aktif bölgeye oksidatif substratların erişimini kolaylaştırmak üzere katalazlarda tanımlanan yanal (lateral) kanal üzerinde oksidatif aktivitede önemli olduğu düşünülen amino asitler (Lys248, His246, Lys323, Asp224 ve His214) hedef seçilerek bölge yönelimli mutagenez ile küçük yan zincirli Ala (Alanin) amino asite dönüştürüldü. Rekombinant DNA sistemi kullanarak üretilen ve saflaştırılan CATPO varyantlarının aktivite ve katalitik etkinliklerinde meydana gelen değişiklikler, spektrofotometrik analizler ile değerlendirildi. Bulgular, yapılan mutasyonlar neticesinde tüm varyantların fenol oksidaz aktivitesinin yabanıl tip CATPO enzimine göre yaklaşık iki ila üç kat arttığını gösterirken özellikle Lys323Ala ile Asp224Ala varyantlarında katalaz aktivitede önemli bir kayıp olmadan (yabanıl tip CATPO aktivitesinin yaklaşık %92'si korunmuş durumda) fenol oksidaz aktivitenin arttığı bulundu. Sonuçta, katalaz aktivitesini değiştirmeden oksidaz yeteneği arttırılmış varyantlar başarılı bir şekilde geliştirildi.

Abstract:
Catalases are antioxidant enzymes. Their main function is to convert hydrogen peroxide, one of the reactive oxygen species, into water and oxygen. A bifunctional catalase enzyme from Scytalidium thermophilum, named as CATPO (Catalase-Phenol Oxidase), belongs to the Fe/hem containing monofunctional catalases. Although being a member of monofunctional catalase family, this enzyme also exhibits phenol oxidase activity in the absence of hydrogen peroxide. However, secondary phenol oxidase activity occurs at a very low levels when compared to the catalase activity. In this study, it was aimed to improve the oxidase activity of catalase for its industrial use. For this purpose, the residues (Lys248, His246, Lys323, Asp224 and His214) located in the lateral channel and believed to play important role for phenolic substances getting access to the active center were chosen and converted into smaller side-chain amino acid Ala (Alanine) by site-directed mutagenesis. Changes in catalytic efficiency of CATPO variants purified using the recombinant DNA system were evaluated by spectrophotometric analysis.The results have shown that the phenol oxidase activity was increased by two or three-fold in all variants while some possessed decreased catalase activity. The Asp224Ala and Lys323Ala variants gave the best results presenting increased oxidase activity without cataltytic activity lost (approximately 92% of wild type catalase activity retained). As a result, two variant proteins with improved properties have been succesfully produced.