Novel methods to prepare cross-linked enzyme aggregates (CLEA). challenging immobilization models - urease and pepsin
Çapraz bağlı enzim agregatlar (CLEA) hazırlamak için yeni metotlar. zorlu immobilizasyon modelleri – üreaz ve pepsin
- Tez No: 420257
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ALPAY TARALP
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoloji, Biyomühendislik, Kimya, Biology, Bioengineering, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Çeşitli protein immobilizasyon tekniklerinin ortak amacı serbest enzimlerin endüstride katalitik malzemeler olarak kullanılmasındaki esas engelleri aşmaktır. Çapraz bağlı enzim agregatlar (CLEA), şimdiye kadar geliştirilmiş en başarılı ve uygulaması oldukça kolay tekniklerden biri olarak, enzim preparatlarının depolama ve operasyonel stabilitelerini iyileştirmekte olup, aynı zamanda geri kazanım ve yeniden kullanılabilmesine imkan vermiştir. Süreç çözünmüş proteinlerin agregat halinde elde edilip, yarı-spesifik olarak kimyasal çapraz bağlama adımlarından oluşmaktadır. CLEA metodunun genel uygunabilirliği bazı durumlarda protein türüne spesifik olan, yapısal ve fonksiyonel özelliklerine bağlı olarak oluşan anomalilerden dolayı sınırlı kalmaktadır. Bu durum agregasyon ve çapraz bağlama verimine, ayrıca sonuç olarak elde edilen biyoaktiviteye olumsuz yansımaktadır. Bu çalışmada söz konusu olan sınırlamalar, özellikle CLEA süreci için uygunluğu fazlasıyla düşük olan pepsin ve üreaz proteinleri kullanılarak ele alınmıştır. Üreaz durumunda, geleneksel CLEA yöntemleri önemli ölçüde düşük agregasyon ve çapraz bağlama verimlerine sebep olmuş, ve immobilize üründe ihmal edilebilir katalitik aktivite gözlemlenmiştir. Rutin çöktürme yerine liyofilizasyon yöntemi kullanılarak agregasyon gerçekleştirilmesi bu soruna önemli çözüm getirmiştir. Liyofilizatların uygun antiçözücü içerisinde çapraz bağlanmasıyla yüksek çapraz bağlama ve sonuç katalitik aktivite verimlerine sahip çapraz bağlı protein liyofilizatlar (CLEL) elde edilmiştir. Pepsin durumunda, tek serbest lizin grubu taşıyıp amino gruplarına yönelik çapraz bağlama denemelerinin zorlu olmasından kaynaklanarak, zorlu adım kovalent çapraz bağlama adımı olmuştur. Bu sorun, oldukça büyük bir çapraz bağlayıcı olan, dekstran polialdehit seçimiyle ve sıfır-altı çapraz bağlama sıcaklığı kullanılarak çözülmüştür. Böylece ilk katalitik olarak fonksiyonel olan pepsin CLEA üretimi gerçekleştirilmiştir. Burada sergilenen yenilikçi immobilizasyon formülasyonları, özellikle zorlu protein sistemler durumunda, önemli endüstriyel uygulamalarda kullanılan geleneksel yöntemlere alternatif olarak katkı sağlaması beklenmektedir. Bunun dışında, bu çalışmada geliştirilmiş olan yöntemler, endüstriyel olarak önemli olan bileşik üretimi için yeşil sentez süreci oluşturulmasında kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
The common goal of various protein immobilization techniques has been to bypass the intrinsic drawbacks of utilizing free enzymes as catalytic materials in industry. Crosslinked enzyme aggregates (CLEAs), one of the most successful, easily and widely applicable techniques developed so far, has greatly improved the storage and operational stability of enzyme preparations as well as permitted their easy recovery and thus reuse. Involving the seemingly simple semi-specific chemical cross linking of protein aggregates forced out of solution, the general applicability of typical CLEA methods has occasionally been challenged by protein-specific anomalies, reflecting intrinsic structural and functional traits, altering the effectiveness of aggregation and crosslinkability, as well as the resultant bioactivity of the material. In this work, the described limitations, have been addressed using two particularly CLEA-unfriendly protein starting materials, namely, native pepsin and urease. In case of urease, conventional CLEA methods led to dramatically low aggregation and cross linking yields, and displayed statistically insignificant catalytic activity in the immobilized product. Critical breakthrough was achieved by enforcing protein aggregation via lyophilization as opposed to routine precipitation. The subsequent crosslinking of the lyophilizate (yielding a CLEL) in a suitable antisolvent led to a much improved crosslinking yield and catalytic activity. In case of pepsin, the problematic step was achieving covalent crosslinking by conventional CLEA methods, as pepsin bears a single surface lysyl residue and predictably was relatively unresponsive to all crosslinking attempts of surface amino groups. The problem was alleviated by appropriate choice of a rather large crosslinker, i.e., dextran polyaldehyde, and the use of the subzero crosslinking temperatures, therefore permitting the formation of the first ever catalytically competent pepsin CLEA. Novel immobilized formulations presented herein, are expected to contribute as alternatives to many established industrially important applications, involving challenging protein systems. Furthermore, these also could be utilized to prompt greener processes, such as the syntheses of industrially important commodity compounds.
Benzer Tezler
- Manyetik nanopartiküller ve çapraz bağlı lipaz agregatları kullanılarak yeni bir biyokatalizör geliştirilmesi
Development of a novel biocatalyst using magnetic nanoparticles and cross-linked enzyme aggregates
EMRE AKKUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya MühendisliğiCumhuriyet ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMA SALGIN
- Determination of phenolics concentration using crosslinked phenol oxidase aggregates
Çapraz bağlanmış fenol oksidaz çökeltileriyle fenolik konsantrasyon ölçümü
BEDRİYE DURHAN ERTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. UFUK BAKIR
- Encapsulation of echium oil and saffron extract in electrospun nanofibers
Echıum yağı ve safran ekstraktının elektroeğrilmiş nanoliflerde enkapsülasyonu
ZAHRA NAJAFI
Doktora
İngilizce
2022
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEŞE ŞAHİN YEŞİLÇUBUK
PROF. DR. FİLİZ ALTAY
- Poliakrilat bazlı hidrojel matrislerin sentezi ve enzim immobilizasyonunda kullanımı
Synthesis of polyacrylate based hydrogel matrices and their use in enzyme immobilization
HÜSEYİN ÇİÇEK
Doktora
Türkçe
1998
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. S. ALİ TUNCEL
- Atık sulardan fenolik bileşiklerin uzaklaştırılması için yeni nesil destek malzemeleri
Novel materials for removal of phenolic compounds from waste water
TUĞBA DOĞAN