Geri Dön

Selüloz nanokristalleri üzerine üreazın immobilizasyonu

Immobilization of urease onto cellulose nanocrystals

  1. Tez No: 952770
  2. Yazar: ELİF TOKU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. SERAP YALIN, DOÇ. DR. ÖZLEM ALPTEKİN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyokimya, Biochemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Mersin Üniversitesi
  10. Enstitü: Sağlık Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Biyokimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 120

Özet

Üreaz (EC 3.5.1.5), üre molekülünün hidrolizini katalizleyerek karbamik asit ve amonyak molekülü açığa çıkaran hidrolaz sınıfı bir enzimdir. İmmobilize üreaz yapay böbrek sistemlerinde ürenin kandan uzaklaştırılması için biyomedikal uygulamalarda, kan detoksifikasyonunda veya diyalizat rejenerasyon sisteminde, gıda endüstrisinde ve üre sensörü olarak analitik uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu çalışmada, selüloz nanokristalleri (CNC) glutaraldehit (GA), polietilenimin (PEI) ve 1,2-Bis(3-aminopropilamino)etan (1,2BIS) ile modifiye edilmiştir. Üreaz, GA ile modifiye edilmiş desteğe kovalent olarak (IUCNC-GA), PEI ve 1,2BIS ile modifiye edilmiş desteklere ise iyonik adsorpsiyon ile (IUCNC-PEI, IUCNC-1,2BIS) immobilize edilmiştir. Orijinal CNC, modifiye CNC'ler ve immobilize üreazların yüzey morfolojileri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile değerlendirilmiştir. Ayrıca immobilize üreaz preparatları kinetik ve kararlılık çalışmalarıyla karakterize edilmiştir. Optimum pH ve optimum sıcaklık değerleri sırasıyla IUCNC-GA için pH 7,0 ve 50°C; IUCNC-PEI için pH 7,0 ve 70°C; IUCNC-1,2BIS için ise pH 7,5 ve 70°C olarak belirlenmiştir. Tüm immobilize üreaz preparatları 37 °C'de yüksek termal kararlılık göstermiştir. IUCNC-1,2BIS'ın en yüksek Km (83,7 mM), Vmax (140,8 IU/mg protein) ve kcat (187,8 s-1) değerlerine sahip olduğu görülmüştür. Depolama kararlılıkları incelendiğinde 4°C'de IUCNC-GA, 25°C'de ise IUCNC-PEI ve IUCNC-1,2BIS yüksek kararlılık göstermiştir. İmmobilize üreazların 2, 4 ve 8 mL/dk. akış hızında geri beslemeli sürekli tip reaktörde 5 saat boyunca üreyi parçalama performansı araştırılmıştır. En yüksek üre parçalama performansına IUCNC-1,2BIS sahip olup 5 saat sonunda 8 mL/dk. akış hızında 1256 mg üre/g IUCNC-1,2BIS olarak hesaplanmıştır. Araştırma bulguları, adsorpsiyon ile immobilize edilen IUCNC-PEI ve IUCNC-1,2BIS'ın kovalent olarak immobilize edilen IUCNC-GA'ya kıyasla hem katalitik etkinlik hem de biyoreaktördeki üre parçalama performansı açısından üstün olduğunu ortaya koymuştur. Özellikle IUCNC-1,2BIS, en yüksek üre parçalama kapasitesini ve reaktör verimliliğini göstererek dikkat çekerken; IUCNC-PEI ise yüksek sıcaklık ile birlikte etkili ve kararlı bir performans sergilemiştir. Sonuç olarak, IUCNC-PEI ve IUCNC-1,2BIS yüksek katalitik etkinlik, termal ve depolama kararlılığı ile giyilebilir teknolojilerde diyalizat rejenerasyonunda yüksek kullanım potansiyeline sahip yenilikçi ve etkili biyomalzeme adayları olarak değerlendirilmektedir.

Özet (Çeviri)

Urease (EC 3.5.1.5) is a hydrolase-class enzyme that catalyzes the hydrolysis of urea into carbamic acid and ammonia. Immobilized urease is utilized in various applications, including biomedical systems such as artificial kidneys for urea removal from blood, blood detoxification, and dialysate regeneration systems, as well as in the food industry and analytical applications as a urea sensor. In this study, cellulose nanocrystals (CNC) were modified with glutaraldehyde (GA), polyethyleneimine (PEI), and 1,2-Bis(3-aminopropylamino)ethane (1,2BIS). Urease was immobilized covalently onto the GA-modified support (IUCNC-GA), and via ionic adsorption onto the PEI (IUCNC-PEI) and 1,2BIS (IUCNC-1,2BIS) modified supports. The surface morphologies of the original CNC, modified CNCs, and immobilized urease preparations were evaluated using scanning electron microscopy (SEM). In addition, the immobilized urease preparations were characterized through kinetic and stability studies. The optimum pH and temperature values were determined as pH 7.0 and 50°C for IUCNC-GA, pH 7.0 and 70°C for IUCNC-PEI, and pH 7.5 and 70°C for IUCNC-1,2BIS. All immobilized urease preparations exhibited high thermal stability at 37 °C. Among them, IUCNC-1,2BIS showed the highest Km (83.7 mM), Vmax (140.8 IU/mg protein), and kcat (187.8 s⁻¹) values. In terms of storage stability, IUCNC-GA showed the highest stability at 4°C, whereas IUCNC-PEI and IUCNC-1,2BIS exhibited superior stability at 25°C. The urea degradation performance of the immobilized urease systems was investigated in a continuous-flow packed-bed reactor at flow rates of 2, 4, and 8 mL/min over a 5-hour period. IUCNC-1,2BIS demonstrated the highest urea degradation capacity, calculated as 1256 mg urea/g IUCNC-1,2BIS at a flow rate of 8 mL/min after 5 hours. The results of this study revealed that the adsorption immobilized IUCNC-PEI and IUCNC-1,2BIS systems outperformed the covalently immobilized IUCNC-GA system in terms of both catalytic efficiency and urea degradation performance in the bioreactor. Notably, IUCNC-1,2BIS exhibited the highest urea removal capacity and reactor efficiency, while IUCNC-PEI demonstrated effective and stable performance, particularly at elevated temperatures. In conclusion, both IUCNC-PEI and IUCNC-1,2BIS represent innovative and efficient biomaterial candidates with high catalytic activity, thermal and storage stability, and strong potential for use in dialysate regeneration within wearable dialysis technologies.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    667595

    Liquid to soft solid transition of cellulose nanocrystal suspensions in presence of micelle forming surfactants

    Selüloz nanokristal süspansiyonlarının misel oluşturan sürfaktanlar aracılığılya sıvıdan yumuşak katı formuna geçmesi

    EREN KUŞHAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Kimya MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ERKAN ŞENSES

  2. Tez No

    709488

    Development of interlayer based thin-film nanofibrous composite membranes adjusted by functionalized carbon nanotubes for effectual water purification

    Etkili su arıtma için fonksiyonelleştirilmiş karbon nanotüplerle ayarlanan iç tabaka bazlı ince film nanolifli kompozit membranların geliştirilmesi

    SEYEDEHNEGAR ARABI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BİHTER ZEYTUNCU GÖKOĞLU

    DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ

  3. Tez No

    753590

    Influence of cellulose nanocrystals and nanosilica on microstructural and mechanical performance of cementbased materials

    Selüloz nanokristalleri ve nanosilikanın çimento esaslı malzemelerin içyapı ve mekanik performansına etkisi

    ALI SATAR JABER AL-ASKARY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ DİDEM OKTAY

  4. Tez No

    730157

    Processing cellulose nanocrystal suspensions for aligned deposition

    Selüloz nanokristal süspansıyonlarının hizalı biriktirme yöntemiyle işlenmesi

    CEREN KOCAMAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EMRE BÜKÜŞOĞLU

    DOÇ. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN

  5. Tez No

    915597

    Cellulose Nanocrystals: Extraction from Wood Waste and Their Thermo-responsive Composites with Block Copolymer Vesicles

    Selüloz nanokristallerinin odun atıklarından eldesi ve blok kopolimer vezikülleri ile sıcaklık duyarlı kompozitleri

    İLAYDA TARHANLI BOSTAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Kimya MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ERKAN ŞENSES

Geri Dön