Üreazın modifiye edilmiş florisile kovalent immobilizasyonu ve serbest ve immobilize üreazın karakterizasyonu

Amaç:Bu çalışmada Canavalia ensiformis kaynaklı üreazın modifiye edilmiş Florisil’e (magnezyum silikat)  kovalent immobilize edilmesi ve immobilize üreazın karakterizasyonunun yapılarak biyoreaktör uygulamalarında kullanılabilirliğinin araştırılması amaçlanmıştır.Gereç ve Yöntem:Florisil, 3-aminopropiltrietoksisilan ile aktifleştirilmiş daha sonra glutaraldehit ile modifiye edilmiştir. Modifiye edilmiş desteğe üreaz kovalent immobilize edilmiştir. İmmobilize enzimin ve desteğin taramalı elektron mikroskobunda görüntüleri incelenmiştir. Serbest ve immobilize üreazın optimum pH’sı, sıcaklığı, kinetik parametreleri (Km, Vmax, kcat/Km) belirlenmiş, 4°C’de ve oda sıcaklığında depolama kararlılıkları incelenmiştir. İmmobilize üreazın kesikli tip reaktörde tekrar kullanılabilirliği araştırılmıştır.Bulgular:Serbest ve immobilize üreaz için optimum pH sırasıyla 7,0 ve 6,5; sıcaklık ise 50 ve 60°C olarak belirlenmiştir. İmmobilizasyondan sonra enzimin Km değeri 2,2 kat artmıştır. İmmobilize üreazın katalitik etkinliği, serbest üreazın katalitik etkinliğinin %.0,1’i kadar bulunmuştur. Oda sıcaklığında ve 4°C’de serbest üreaz 5 gün sonunda ve aktivitesini tamamen kaybederken immobilize üreaz 19 gün sonunda aktivitesini kaybetmemiştir. İmmobilize üreaz kesikli tip biyoreaktörde 10 kullanım sonunda başlangıç aktivitesinin %50’sini korumuştur. Sonuç:Modifiye Florisile kovalent immobilize edilen üreazın serbest üreaza göre düşük katalitik aktivite göstermesine rağmen, immobilize üreazın serbest üreaza göre depolama kararlılığının yüksek olması ve biyoreaktör uygulamalarında tekrar kullanılabilmesi nedeniyle immobilize üreazın kullanım potansiyeli yüksektir.
Anahtar Kelimeler:

Üreaz, immobilizasyon, bioreaktör

Covalent immobilization of urease onto modified florisil and characterization of free and immobilized urease

Purpose: In this study, it was aimed to immobilize urease from Canavalia ensiformis onto modified Florisil (magnesium silicate) by covalently and to characterize immobilized urease and also to investigate reusability of immobilized urease in a batch type bioreactor.Materials and Methods: Florisil was activated with 3-aminopropyltriethoxysilane and then modified with glutaraldehyde. Urease was covalently immobilized onto modified support. Images of support and immobilized urease were examined on a scanning electron microscope. The optimum pH and temperature, kinetic parameters (Km, Vmax, kcat/Km) and storage stabilities at 4°C and room temperature of free and immobilized ureases were determined. Reusability of immobilized urease was investigated in a batch type bioreactor.Results:  Free and immobilized ureases showed their maximum activities at pHs 7.0 and 6.5, and at temperatures 50 and 60°C, respectively. The Km value of immobilized urease increased 2.2 fold compared to free urease. The catalytic efficiency of immobilized urease was about 0.1% of the free urease.  Free urease completely lost its activity at the end of 5 days stored at 4°C and room temperature; however, immobilized urease did not lose its activity at the end of 19 days at the same conditions. Immobilized urease maintained 50% of its initial activity at the end of 10 reuses in batch type bioreactor.  Conclusion: Although urease activity significantly decreased upon covalent immobilization onto modified Florisil. However, high storage stability and reusability of immobilized urease makes it potentially useful immobilized form. 

___

  • 1. Krajewska B, Ciurli S. Jack bean (Canavalia ensiformis) urease. Probing acid-base groups of the active site by pH variation. Plant Physiol Biochem. 2005;43:651–8.
  • 2. Blakely RL, Zerner B. Jack Bean Urease: The First Nickel Enzyme. J Mol Catal. 1984;23:263–92.
  • 3. Takishima K, Suga T, Mamiya G. The structure of jack bean urease. The complete amino acid sequence, limited proteolysis and reactive cysteine residues. Eur J Biochem. 1988;175:151–65.
  • 4. Cao L, Schmid RD. Carrier-bound Immobilized Enzymes: Principles, Application and Design. WileyVCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 2006.
  • 5. Wang L, Wang S, Deng X, Zhang Y, Xiong C. Development of coconut shell activated carbontethered urease for degradation of urea in a packed bed. ACS Sustainable Chem Eng. 2014;2:433–9.
  • 6. Zhou J, Cao J, Huan W, Huang L, Wang Y, Zhang S, Yuan Y, Huaa D. Preparation and property of urease immobilization with cationic poly(4-vinylpyridine) functionalized colloidal particles. Chem Biochem Eng Q. 2013;27:431–7.
  • 7. Uygun M, Akduman B, Akgöl S, Denizli A. A new metal-chelated cryogel for reversible immobilization of urease. Appl Biochem Biotechnol. 2013;170:1815– 26
  • 8. Ispirli Doğaç Y, Deveci I, Teke M, Mercimek B. TiO₂ beads and TiO₂-chitosan beads for urease immobilization. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2014;42:429–35.
  • 9. D'Souza SF, Kumar J, Jha SK, Kubal BS. Immobilization of the urease on eggshell membrane and its application in biosensor. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2013;33:850–4.
  • 10. Yücebilgiç G, Güleşci N, Yıldırım D. Immobilization and characterization of urease onto different spacer arms attached magnetic nanoparticles. New Biotechn. 2016;33:1–213.
  • 11. Garg S, De A, Mozumdar S. pH-dependent immobilization of urease on glutathione-capped gold nanoparticles. J Biomed Mater Res A. 2015;103:1771–83.
  • 12. Lv M, Ma X, Anderson DP, Chang PR. Immobilization of urease onto cellulose spheres for the selective removal of urea. Cellulose. 2018;25:233–43.
  • 13. Tükel SS, Alptekin Ö. Immobilization and kinetics of catalase onto magnesium silicate. Process Biochem. 2004;39:2149–25.
  • 14. Smith P K, Krohn R.I, Hermanson GT, Mallia AK, Gartner F H, Provenzano M D, Fujimoto EK, Goeke N M, Olson BJ, Klenk DC. Measurement of protein using bicinchoninic acid. Anal Biochem. 1985;150:76–85.
  • 15. Rao MS, Chellapandian M, Krishnan MRV. Immobilization of urease on gelatin — poly (HEMA) copolymer preparation and characterization. Bioprocess Eng. 1995;13:211–4.
  • 16. Wiseman Alan. Handbook of Enzyme Biotechnology. 2nd Edit., John Wiley & Sons, Chichester, England, 1985.
  • 17. Chen JP, Chiu SH. Preparation and characterization of urease immobilized onto porous chitosan beads for urea hydrolysis. Bioprocess Eng. 1999;21:323–30.
  • 18. Alatawi FS, Monier M, Elsayed NH. Amino functionalization of carboxymethyl cellulose for efficient immobilization of urease. Int J Biol Macromol. 2018;114:1018–25.
  • 19. Moon BM, Choi MJ, Sultan MT, Yang JW, Ju HW, Lee JM et al. Novel fabrication method of the peritoneal dialysis filter using silk fibroin with urease fixation system. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2017;105:2136–44.
  • 20. Yeon KH, Lueptow RM. Urease immobilization on an ion-exchange textile for urea hydrolysis. J Chem Technol Biotechnol. 2006;81:940–50.
  • 21. Doğaç YI, Teke M. Synthesis and characterisation of biocompatible polymer-conjugated magnetic beads for enhancement stability of urease. Appl Biochem Biotechnol. 2016;179:94–110.
  • 22. Pozniak, G, Krajewska B, Trochimczuk W. Urease immobilized on modified polysulphone membrane: preparation and properties. Biomater. 1995;16:129– 34.
  • 23. Somtürk B, Yılmaz I, Altınkaynak C, Karatepe A, Özdemir N, Ocsoy I. Synthesis of urease hybrid nanoflowers and their enhanced catalytic properties. Enzyme Microb Technol. 2016;86:134-42.
  • 24. Maia MDMD, de Vasconcelos EA, de Mascena Diniz PFC, da Costa Maciel J, Cajueiro KRR, da Silva MDPC, et al. Immobilization of urease on vapour phase stain etched porous silicon. Process Biochem. 2007;42:429–33.
  • 25. Rogalski J, Szczodrak J, Pleszczyńsk M, Fiedurek J. Immobilisation and kinetics of Penicillium notatum dextranase on controlled porous glass. J Mole Cataly B Enzym. 1997;3:271–83.
  • 26. Kumar, Sandeep; Kansal, Ajay; Kayastha, Arvind M; Immobilization of jack bean (Canavalia ensiformis) urease on gelatin and its characterization. Oriental Pharmacy and Experimental Medicine. 2005;5:43–7.
  • 27. Bayramoğlu G, Altınok H, Bulut A, Denizli A, Arıca MY. Preparation and application of spacer-armattached poly(hydroxyethyl methacrylate-co-glycidyl methacrylate) films for urease immobilisation. Reac Func Polym. 2003;56:111-21.
Cukurova Medical Journal-Cover
  • ISSN: 2602-3032
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 1976
  • Yayıncı: Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi
Sayıdaki Diğer Makaleler

Zoledronik asit osteoporozlu β-talasemi hastalarında kemik mineral yoğunluğunu arttırır: Bir vaka kontrol çalışması

Mehtap EVRAN OLGUN, Emel GÜRKAN, Abdullah TULİ

Çocuklarda Crohn hastalığında ekstraintestinal tanısal ipuçları nelerdir?

Oğuz CANAN, Murat DURDU, Tuba CANPOLAT

Bazı piperazin alkanol türevlerinin antinosiseptif etkinlikleri

Bürge DOĞRUER AKAN, Ümide DEMİR ÖZKAY

Yüksek riskli gebelerde psikolojik sağlamlık, algılanan stres ve psikososyal sağlık

Yeter Sinem ÜZAR ÖZÇETİN, Mehtap ERKAN

Aktif miyofasiyal tetik noktaların ultrason elastografi ile tedavisi sonrası semptomların düzelmesinin monitörizasyonu

Emine Eda KURT, Yeliz DADALI, Fatmanur Aybala KOÇAK, Hatice Rana ERDEM, Figen TUNCAY, Turgut Tursem TOKMAK

Klinik farmakoloji teratoloji risk analizi ile gebelikte kardiyovasküler ilaç kullanımının güvenilirliği

Duygun Altıntaş Aykan, Yusuf Ergün

Çocuk hastalarda yılan sokması sonrası nötröfil lenfosit oranının klinik sonuçlarla ilişkisi

Nagehan ASLAN, Dinçer YILDIZDAŞ, Özden ÖZGÜR HOROZ, Faruk EKİNCİ, Didar ARSLAN, Sevcan BİLEN, Hayri Levent YILMAZ

Konya ilinde sağlıklı bireylerin demografik özelliklerine ve antropometrik ölçümlerine göre lipid düzeylerinin değerlendirilmesi

Cem Onur KIRAÇ, Serkan AKŞAN, Ahmet KAYA

Kanserli ve kronik hastalığı olan çocuklarda yaşam kalitesi

Begül Yağcı-Küpeli, Kudret Helin Akın, Feyruz USLUOĞLU, Serhan KÜPELİ

Ramazan'da oruç tutmanın tip 2 diyabetik hastalara etkisi

Filiz EKŞİ HAYDARDEDEOĞLU, Gülay ŞİMŞEK BAĞIR, Akatlı Kürşat ÖZŞAHİN