Development of a novel enzyme immobilization technique and its application to continous flow membrane reactor
Yeni bir enzim tutuklama yönteminin geliştirilmesi ve sürekli enzim membran reaktörüne uygulanması
- Tez No: 23438
- Danışmanlar: PROF. DR. VASF N. HASIRCI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoloji, Biology
- Anahtar Kelimeler: Glikoz oksidaz, Katalaz, HEMA, Enzim reaktörü, Enzim tutuklanması, Glucose oxidase, Catalase, HEMA, Enzyme reactor, Immobilization
- Yıl: 1992
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 193
Özet
oz YENİ BİR ENZİM TUTUKLAMA YÖNTEMİNİN GELİŞTİRİLMESİ VE SÜREKLİ ENZİM MEMBRAN REAKTÖRÜNE UYGULANMASI ARICA, M. Yakup Doktora Tezi, Biyology Anabilim Dalı Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Vasıf N. Hasırcı 171 sayfa, Haziran, 1992 Glikoz oksidazin matris içine tutuklanması daha önceden değişik tutuklama dereceleri ve aktivite verimlilikleri ile yapılmıştı. Bu çalışmada, fotopolimerizasyon yöntemi ile poli(2-hidroksietil metakrilat) membranları hazırlandı ve bu membranlar kullanılarak iki değişik tutuklama metodu geliştirildi. Bunlardan bir tanesinde, glikoz oksidaz HEMA katmanları arasında tutturuldu, diğerinde ise glikoz oksidaz kovalent bağlanma yöntemi ile HEMA membraninin yüzeyine epoksidasyondan sonra kovalent bağla tutuklandı. Enzim mebrani sürekli akişll enzim membran reaktörünün (CMFR) karıştırıcısına bağlandı. Bioreaktorde reaksiyon kinetiği ile, kaplama kalınlığı, akış hızı, sübstrat konsantrasyonu, oksijen konsantrasyonu, pH, sıcaklık, enzim yüklemesi ve enzim bozunma sabiti gibi çeşitli parametrelerin etkileri araştırıldı, ve bunların herbirinin çevirme hızı üzerinde belirleyici etkileri olduğu vibulundu. Glikozun oksitlenme hızının oksijen konsantrasyonuna bağlı olduğu gözlendi ve reaktörün bir biçimde kontrollü oksijenlendirilmesine geçildi. HEMA katmanlarına tutuklanmış GOD için normal atmosferik oksijen konsantrasyonunda (130 /iM) Km değeri 12.4 mM ve kovalent bağlama için de 8.8 mM bulundu. Doymuş oksijen konsantrasyonunda (475 /iM) ise Km değeri katmanlara tutuklama için 16.9 mM, kovalent tutuklama için ise 10 mM olarak hesaplandı. Serbest glikoz oksidaza oranla katmanlar arasına tutuklamada Km değerinin 2 katı, kovalent bağlanmada ise 1.5 katı yüksek olduğu görüldü. Katmanlar arasına tutuklanmış glikoz oksidaz için optimum reaktör koşulları; kaplama kalınlığı: 65 jum, glikoz konsantrasyonu: 50 mM, pH: yaklaşık 7, sıcaklık: 25 °C, akış hlzl: 80 mlVsaat, GOD yüklemesi: 32 pg/cm2 (her iki yüzeye) olarak bulundu. Glikoz konsantrasyonu 50 mM dan fazla pH 7'nin altında veya sıcaklık 35 °C'nin üzerinde olduğunda reaksiyon hızının arttığı ancak tutuklanmış enzimin hızla deaktive olduğu gözlendi. GOD'nin tek başına tutuklanması yerine GOD/CAT tutuklanmasının glikozun dönüştürülme hızını 1.5 kat arttırdığı gözlendi. Reaktörde 8 saat sürekli reaksiyon sonunda katalaz'a birlikte tutuklanan GOD'nin aktivitesinde azalma olmadı ve işlemsel kararlılığı arttı. viiCMFR'de katmanlar arasına tutuklamanın ve kovalent bağlanmanın sonuçları karşılaştırıldı. Membranlarm geçirgenliklerinin 10~8 cm2. s'1 düzeyinde olduğu ye kromat iyonuna karşı glikoza olandan biraz daha fazla geçirgen oldukları gözlendi. Membranlarm hazırlanma çözeltilerine konulan iyonların konsantrasyonlarının artması, bu ortama enzim ilave edilmesi gibi işlemlerin membranlarm su içeriklerini ve geçirgenliklerini arttırdığı saptandı.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT DEVELOPMENT OF A NOVEL ENZYME IMMOBILIZATION TECHNIQUE AND ITS APPLICATION TO CONTINUOUS FLOW MEMBRANE REACTOR ARICA, M. Yakup Ph. D. in Biology Supervisor: Prof. Dr. Vasıf N. Hasırcı June, 1992,171 pages. Immobilization of enzyme glucose oxidase (GOD) in polymeric matrices has been achieved previously with varying degrees of entrapment efficiency and of specific activity. In this study, two different immobilization methods were developed using a poly(2-hydroxyethyl methacrylate) membrane prepared via photopolymerization. In one of these, glucose oxidase was entrapped underneath HEMA membrane layers and in the second, glucose oxidase was covalently linked on the membrane surface by a covalent linkage throughepoxidation. A laboratory scale continuous flow membrane reactor (CFMR) was constructed with the immobilized enzyme membrane attached to an agitator. The kinetics of the reaction in the bioreactor and the effect of various parameters including coating thickness, flow rate, substrate feed concentration, oxygen concentration, pH, temperature, enzyme loading and enzyme decay constants were investigated and were found to have significant effect on the conversion rate. A strong dependence of oxidation rate of glucose on oxygen concentration in the reaction medium was observed, and a control on the aeration of the reactor was introduced. Under atmospheric oxygen (130 jjM) the apparent Km values were 12.4 mM for entrapped GOD, and 8.8 mM for the covalently linked GOD oxygen and the same values were 1 6.9 mM and 10 mM, respectively, under saturated oxygen concentration (475 jiM). The apparent Km for entrapped and covalently linked GOD were found to be 2 and 1.5 fold higher than that of the free enzyme, respectively. The optimum conditions for the continuous reaction employing the entrapped enzyme were determined as; coating thickness: 65 pm, glucose concentration: 50 mM, pH: about 7, temperature: 25 °C, flow rate: 80 ml_/h, and GOD loading: 32 pig/cm2 (on both layers of the membrane). When the reaction was carried out with a glucose concentration higher than 50 mM or pH lower than 7, or temperature above 35 °C the reaction rate was found to be higher, but the immobilized enzyme was rapidly IVdeactivated. Co-immobilization of GOD and CAT increased the conversion rate by 1.5 fold over entrapped GOD aione. No decrease in activity was observed after 8 hours continuous operation and operational stability was largely improved. The performances of membranes carrying entrapped and covalently bound GOD were also compared in CFMR. The permeabilities of the membranes were all found to be of the same order (10“8 cm2.s”*) but slightly more permeable to chromate than glucose. Increase in the concentration of ions in the membrane preparation medium or incorporation of the enzyme in the membrane distinctly increased its water content and permeability.
Benzer Tezler
- Functional conjugated polymers
Fonksiyonel konjuge polimerler
HÜSEYİN AKBULUT
Doktora
İngilizce
2015
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF YAĞCI
- Recombinant production and characterization of serine protease enzyme from Virgibacillus sp. AGTR strain using site directed mutagenesis
Virgibacillus sp. AGTR suşundan izole edilen serin proteaz enziminin bölgeye yönelik mutagenez yöntemi kullanılarak rekombinant üretimi ve karakterizasyonu
EVRİM KAPUCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Biyokimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN GÜL KARAGÜLER
- Synthesis of some functional conducting polymers, characterization, Mott-Schottky analysis and sensor applications
Bazı fonksiyonel iletken polimerlerin sentezi, karakterizasyonu, Mott-Schottky analizi ve sensor uygulamaları
TOLGA KARAZEHİR
Doktora
İngilizce
2017
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. MURAT ATEŞ
- Development of amperometric glucose biosensors based on conducting polymers and different materials providing enhanced performance
İletken polimerlere ve performans artırmayı sağlayan farklı materyallere dayalı amperometrik glikoz biyosensorleri
TUĞBA CEREN GÖKOĞLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT KAMİL TOPPARE
- Yeni bir tarak tipi PCL-g-PEG graft kopolimer sentezi ve enzimatik yakıt hücresinde kullanılması
Synthesis of a novel comb type PCL-g-PEG graft copolymer and its usage in enzymatic fuel cell
TİMUR ŞANAL