Dipeptitlerin kendiliğinden düzenlenme mekanizmalarının biyo-nano arayüzeyinin değişimi ile kontrolü
Controling self-assembly mechanism of dipeptides through manupilation of bio-nano interface
Yazar: HAKAN ERDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. GÖKHAN DEMİREL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada Phe-Phe ve Val-Ala dipeptitlerinin kendiliğinden düzenlenme mekanizmaları üzerine biyo-nano arayüzeylerin etkileri araştırılmıştır. Çeşitli fiziksel ve kimyasal dış etkilerin uygulanması ile tüp, kese, lif, yaprak, kolye, şerit, ve tel benzeri şekillerde çeşitli dipeptit temelli supramoleküler morfolojiler rapor edilmesine rağmen, dipeptitlerin yapısal farklılıklarının hem bu küçük moleküllerin çözücü türü ve nanoparçacık gibi dış etkenlere nasıl tepki gösterdiklerinin hem de peptit sırasının kendiliğinden düzenlenmeye ve ilişkili moleküler yapıya etkisi hala anlaşılmaya ihtiyaç duymaktadır. Bu bağlamda, ilk olarak çeşitli çözücü ortamlarında dipeptit moleküllerinin kendiliğinden düzenlenmeleri incelenmiştir. Phe-Phe ve Val-Ala dipeptit moleküllerinin çözücü ortamının etkisiyle çubuk, tüp, kare prizma, deniz kestanesi benzeri gibi eşsiz ve iyi düzenlenmiş yapılar oluşturabileceği gözlenmiştir. İlginç bir şekilde, peptit kaynağı olarak Val-Ala yerine Ala-Val dipeptidi kullanıldığında ise düzenlenme sonrası dipeptitlerin nihai yapılarında bariz farklılıklar görülmüştür. Bunlara ek olarak, dipeptit moleküllerinin kendiliğinden düzenlenmesi üzerine insülin ve heparin gibi bazı biyolojik moleküllerin etkisi incelenmiştir. Son olarak, dipeptit molekülleri ve nanoparçacıklar arasındaki etkileşimi anlayabilmek amacı ile farklı büyüklük ve şekilde (küresel, çubuk, üçgen prizma ve kafes) Altın nanoparçacıkların (AuNPs) ve gümüş nanoparçacıkların (AgNPs), Phe-Phe ve Val-Ala dipeptitlerinin kendiliğinden düzenlenmesi üzerine etkileri değerlendirilmiştir.  Au nanoparçacıkların büyüklüğünün 10 nm'den küçük olduğu durumlarda her iki dipeptidin kendiliğinden düzenlenmesi süreçlerine önemli bir etkileri olmadığı belirlenmiş olup, nanoparçacık büyüklüğü 10 nm'den büyük olduğu durumda ise dipeptit morfolojilerinin tekbir merkezden bağlı yıldız benzeri peptit yapılar şeklinde oluştuğu görülmüştür. Nanoçubuk, nanokafes ve nanoprizma parçacıkların dipeptitlerin kendiliğinden düzenlenmelerine, küresel parçacıklardan farklı olarak etki ettikleri belirlenmiş ve yoğun istiflemiş ağ benzeri morfolojide dipeptit yapılarının oluşumu gözlenmiştir. Au nanoparçacıkların fototermal özellikleri Phe-Phe organojeller ile birleştirilmesiyle, Au nanoparçacık gömülü organojellerin dejelleşme süreçlerinin lazer ışıması ile kontrol edileceğini gösterilmiştir.

Abstract:
In this work, the influence of bio-nano interfaces on the self-assembly of Phe-Phe and Val-Ala dipeptides have been investigated. Although various dipeptide-based supramolecular morphologies including tubes, vesicles, fibrils, sheets, necklaces, flakes, ribbons, and wires have been reported by varying the external physical or chemical conditions applied, investigation of the structural diversity of dipeptides are still needed to understand both how these small molecules respond to external conditions such as the type of solvent and nanoparticles and how the peptide sequence affects the self-assembly and the corresponding molecular structures. In this context, we first investigated the self-assembly of dipeptides by varying solvent medium. It was observed that Val-Ala and Phe-Phe dipeptide molecules may formed unique and well-ordered final structures such as; rod, tube, square prism, and sea urchin like in response the solvent medium. Interestingly, when Ala-Val dipeptides were used as a peptide source instead of Val-Ala, we observed obvious differences in the final dipeptide structures. In addition to these, the effects of some biological molecules such as insuline and heparine on the self-assembly of the dipeptides were also investigated. Finally, in order to understand the interactions between dipeptides and nanoparticles, we evaluated the influences of gold nanoparticle (AuNPs) and silver nanoparticle (AgNPs) with different sizes and shapes (i.e., spherical, rod, triangular prism and cage) on the self-assembly of Phe−Phe and Val-Ala dipeptides. We found that the size of AuNPs smaller than 10 nm did not affect the self-assembly process of both dipeptides, while size of AuNPs bigger than 10 nm caused the formation of starlike peptide morphologies connected to one center. It was also observed that nanorod, nanocage and nanoprism morphologies acted differently than spherical ones and caused the formation of densely packed and network like dipeptide morphologies. By combining photothermal properties of AuNPs with a Phe−Phe-based organogel having a thermo-responsive property, we demonstrated that the degelation process of AuNPs embedded organogels may be controlled by laser illumination.