Kil mineralleri yüzeyine bazı biyomoleküllerin immobilizasyonu ve elektrokinetik özellikleri
Immobilization of some biomolecules onto clay minerals and electrokinetic properties
Yazar: ÖZKAN DEMİRBAŞ
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET DOĞAN ; PROF. DR. MAHİR ALKAN
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Enzim aktivitesi = Enzyme activity ; Kil mineralleri = Clay minerals ; Zeta potansiyeli = Zeta potential ; İmmobilizasyon = Immobilization

Özet:
Sunulan bu tez deneysel olarak üç bölümde incelenmistir. lk kısımdasepiyolit, kaolinit, genlesmis ve genlesmemis perlit örnekleri gibi bazı oksitminerallerinin sistematik olarak elektrokinetik özellikleri, ikinci kısımda serumalbümin, kazein, katalaz ve lizozim gibi bazı biyomoleküllerin immobilizasyonları vebiyomolekül kaplanmıs olan taneciklerin elektrokinetik özellikleri incelenmis ve sonkısımda ise saf ve immobilize enzimlerin aktiviteleri ve Km ve Vmax gibi kinetikparametreleri hesaplanmıstır.Oksit/su arayüzeyinin elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi oksitçe zengingözenekli ortamlar ile oksitlerin kolloit süspansiyonlarının kararlılıklarını anlamakiçin çok önemlidir.Bu amaçla, sunulan bu çalısmanın ilk kısmında mikroelektroforez teknigikullanılarak oksitlerin elektrokinetik özellikleri katı/sıvı oranı, pH, elektrolitin türüve konsantrasyonuna baglı olarak incelenmistir. Kil süspansiyonlarının elektrokinetiközellikleri NaCl, KCl, LiCl, NaNO3, CH3COONa, MgCl2, CaCl2, BaCl2, Na2CO3,Na2SO4, AlCl3, FeCl3, Na3PO4 ve iki degerlikli agır metal tuzları olan CoCl2, CuCl2ve Pb(NO3)2. gibi tek-, iki- ve üç degerlikli tuzların sulu çözeltileri içerisindebelirlendi. Ayrıca oksit minerallerinin izoelektrik noktaları (iep) ve potansiyel tayinedici iyonları (pdi) belirlemek için sistematik olarak zeta potansiyel deneyleriyapıldı. Deneysel sonuçlardan (i) killerin katı konsantrasyonunun zetapotansiyellerine anlamlı bir degisiklik yapmadıgı (ii) pH'nın zeta potansiyeliniönemli ölçüde degistirdigi (iii) incelenen pH aralıgında kaolinit ve sepiyolitinizoelektrik noktalarının sırasıyla 2,35 ve 6,60 oldugu fakat perlit örneklerininizoelektrik noktaya sahip olmadıgı, (iv) tek degerlikli katyonlar, anyonlar ile iki veüç degerlikli anyonların killer için zeta potansiyellerinde farklılık yaratmayan iyonlaroldugu, kaolinit, sepiyolit ve genlesmis perlit için MgCl2, CaCl2, BaCl2, CoCl2,CuCl2, Pb(NO3)2, AlCl3 ve FeCl3 tuzlarının zeta potansiyellerini negatiften pozitifeçevirdikleri, genlesmemis perlit için ise CaCl2, BaCl2, AlCl3, ve FeCl3 metal tuzlarınpotansiyel tayin edici iyonlar oldugu bulundu.Çalısmada serum albümin, kazein, katalaz ve lizozim biyomolekülleriseçilerek bazı oksit mineralleri yüzeyine çesitli parametrelerde örnegin;biyomolekülün, NaCl ve fosfat iyon derisimlerinin, çözeltinin pH ve sıcaklıgının birfonksiyonu olarak adsorpsiyonu incelenmistir. Deneysel sonuçlara göre adsorpsiyonkapasiteleri pH'ya büyük oranda baglılık göstermektedir. qe-pH grafiklerindebiyomoleküllerin izoelektrik noktaları civarında maksimuma ulasıldıgı bulunmustur.Maksimum adsorpsiyonun oldugu pH degerlerinde, elektrostatik etkilesmenin uygunoldugu düsünülmektedir. Elektrostatik etkilerin yanı sıra yapısal etkiler de izoelektriknoktanın her iki tarafındaki adsorbe edilen biyomolekülün miktarındaki azalmayıaçıklamak için gereklidir. Yapısal etkiler pH'nın degisiminin sonucu olarakbiyomoleküllerdeki farklı konformasyon durumlarıyla iliskilidir. Çalısmanındevamında ise, biyomolekül kaplanmıs taneciklerin elektrokinetik özellikleri deincelenmistir. Taneciklerin zeta potansiyelleri de farklı biyomolekül, NaCl, fosfatiyon derisimi ve çözelti pH sında ölçülmüstür. Son bölümde ise saf ve immobilizeenzimlerin aktiviteleri spektrofotometrik olarak absorbanslarındaki azalmalardandirekt olarak ölçülmüstür. Ayrıca Lineweaver?Burke dogruları yardımıyla Km veVmax degerleri hesaplanmıstır.Anahtar sözcükler : Kil minerali; protein; enzim; immobilizasyon; adsorpsiyon;zeta potansiyeli; enzim aktivitesi.

Abstract:
The presented thesis has been experimentally studied in three parts. The firstpart is a systematically investigation of the electrokinetic properties of some oxideminerals such as sepiolite, kaolinite, and expanded and unexpanded perlites. Thesecond part is immobilization of some biomolecules such as bovine serum albumin,casein, catalase and lysozyme, and electrokinetic properties of biomolecules-coveredparticles finally the last part is the studying the enzymatic activity of pure andimmobilized enzyme and calculation of kinetic parameters such as Km and Vmax.The study of the electrochemical properties of the oxide/water interface isimportant for understanding a large number of properties of oxide-rich porous mediaand colloid suspension stability of oxides.For this purpose, in first section of this study, the electrokinetic properties ofsome oxide minerals have been investigated using the microelectrophoresistechnique as a function of solid/liquid ratio, pH and type and concentration ofelectrolyte. The electrokinetic properties of clay suspensions have been determinedin aqueous solutions of mono-, di-, and trivalent salts such as NaCl, KCl, LiCl,NaNO3, NaCH3COO, MgCl2, CaCl2, BaCl2, Na2CO3, Na2SO4, AlCl3, FeCl3, Na3PO4and divalent heavy metal salts such as CoCl2, CuCl2 and Pb(NO3)2. Furthermore,systematic zeta potential experiments have been performed to determine theisoelectric point (iep) and potential determining ions (pdi). From the experimentalresults, (i) the zeta potential of clays is not significantly affected by the solidconcentration; (ii) pH strongly altered the zeta potential of clays; (iii) sepiolite andkaolinite have an isoelectric point at about pH 2.35 and 6.60 respectively whereasperlite samples has no iep at studied pH ranges, (iv) monovalent cations and anions,and di- and trivalent anions were indifferent electrolytes for clays whereas MgCl2,CaCl2, BaCl2, CoCl2, CuCl2, Pb(NO3)2, AlCl3 and FeCl3 changed the interface chargefrom negative to positive for sepiolite, kaolinite and expanded perlite but thepotential determining ions for unexpanded perlite are CaCl2, BaCl2, AlCl3, and FeCl3metal ions.The adsorption properties of biomolecules such as, bovine serum albumin,casein, catalase and lysozyme onto some oxide minerals were studied as a functionof concentrations of biomolecules, sodium phosphate and NaCl concentration, pHand temperature of the solution. According to the experimental datas, adsorptioncapacity values showed a great dependence on pH. It was found that qe-pH curvesreached a maximum at around isoelectric point (iep) of biomolecules. The pH valueswhere the maximum adsorbed mass occurred might be considered as the conditionswhere electrostatic attraction is the most favourable. Both structural and electrostaticeffects must be invoked to explain the diminution of adsorbed biomolecules on eitherside of the iep. Structural effects were related to the different conformational statesthat biomolecules adopted the changes with pH.Furthermore, the electrokinetic properties of biomolecules-covered oxideparticles were also investigated. Zeta potentials of the minerals were also measuredas a function of different biomolecules and phosphate concentrations, pH and ionicstrength of solution indicated by NaCl concentration.As a last part of the study, the activities of pure and immobilized enzymeswere determined spectrophotometrically by the direct measurement of the decreaseof light absorption caused by the decomposition of substrates. The Km and Vmaxvalues were calculated by means of the Lineweaver?Burke plot.Keywords: Clay mineral; protein; enzyme; immobilization; adsorption; zetapotential; enzyme activity.