Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2012
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: AYŞE EZGİ ÜNLÜ BÜYÜKTOPCU
Danışman: ZEKİYE SERPİL TAKAÇ
Özet:Çalışmada, antioksidan enzimler sınıfında yer alan süperoksit dismutaz (SOD) ve katalaz (KAT) enzimlerinin, Rhodotorula glutinis mayasından yüksek aktivite ile üretimi için biyoproses koşulları araştırılmıştır. Küçük ölçek (100 ml) ve kesikli işletimde sıcaklık, başlangıç ph değeri, karbon ve azot kaynaklarının etkisi incelendikten sonra, deney tasarımı yapılmıştır. SOD aktivitesinin optimum koşullarında küçük ölçekte radikal oluşturucu kaynakların, büyük ölçekte (1.5 L) ise moleküler oksijenin etkisi incelenmiştir. Enzim aktiviteleri spektrofotometrik olarak belirlenmiştir. R. Glutinis çoğalması ve enzim aktivitelerine sıcaklık etkisi UYM ortamında incelenmiş ve en yüksek spesifik KAT ve SOD aktiviteleri 10°c’da sırasıyla 22.6 U/mg ve 185.4 U/mg olarak elde edilmiştir. En yüksek hücre derişimi ve özgül çoğalma hızı sırasıyla, 4.3 mg/ml ve 0.16 st-1 olarak 30°c’de elde edilmiştir. R. Glutinis’in çoğalma için gerekli aktivasyon enerjisi 14.56 kj/mol olarak hesaplanmıştır. İncelenen karbon kaynakları arasında en yüksek spesifik KAT ve SOD aktivitelerine gliserol kullanıldığında (113 U/mg KAT ve 125 U/mg SOD) ulaşılmıştır. UYM üzerine eklenen farklı organik ve inorganik azot kaynaklarının hücre çoğalması ve enzim aktiviteleri üzerinde önemli bir etkisi olmamıştır. Gliserol derişimi, başlangıç ph değeri ve sıcaklığın faktörler olarak kullanıldığı deneysel tasarımda SOD aktivitesi için optimum koşullar 16.50 g/L gliserol derişimi, 33.9°C sıcaklık ve ph=5.47 olarak belirlenmiş ve bu koşullarda modelin öngördüğü 2.70 U SOD değeri deneysel olarak 2.40 U olarak elde edilmiştir. Hücre derişimi için ise optimum koşullar; 39.27 g/L gliserol derişimi, 32.2°C sıcaklık ve ph=5.17 olarak belirlenmiş ve bu koşullarda model tarafından 1.60 mg/ml olarak öngörülen değer deneysel olarak 1.32 mg/ml olarak elde edilmiştir. Gliserollü ortamda hücre çoğalma kinetiği incelendiğinde, substrat inhibisyonlu denklem kullanılarak μmax=0.28 st-1, Ks=11.84 g/L ve Ki=174.5 g/L olarak elde edilmiştir. Farklı radikal oluşturucu etkenlerin enzim aktivitelerine etkisi incelendiğinde, SOD aktivitesi metil violojen ile 1.6 kat, KAT aktivitesi ise metilen mavisi ile 3.6 kat artırılmıştır. Moleküler oksijenin enzim aktivitelerine etkisi biyoreaktör sisteminde farklı oksijen aktarım stratejileri ile incelenmiş; optimum SOD üretim ortamı ve koşullarında gerçekleştirilen Çoğalmanın başından itibaren ortamda %100 çözünmüş oksijen derişiminin sağlandığı koşulda enzim aktiviteleri 3.2-3.6 kat artırılmıştır. Abstract The bioprocess conditions for the production of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) enzymes, which are the members of antioxidant enzyme class, at high activities from the yeast Rhodotorula glutinis were investigated. The effects of temperature, initial ph value, carbon and nitrogen sources were investigated with batch, small scale (100 ml) experiments. The effects of the free radical source at small scale and the effect of molecular oxygen at large scale (1.5 L) were explored under the optimum conditions that support SOD activity, which was obtained by using an experimental design method. The enzyme activities were measured spectrophotometrically. The experiments investigated the effect of temperature on the growth and on the enzyme activities of R. Glutinis were performed in UYM. 10°C provided the highest specific CAT and SOD activities as 22.6 U/mg ve 185.4 U/mg, respectively. The highest cell concentration and the highest specific growth rate were obtained as 4.3 mg/ml ve 0.16 h-1 respectively, at 30°C; while the activation energy for the growth of R. Glutinis was calculated as 14.56 kj/mol. Glycerol provided the highest specific CAT and SOD activities among the carbon sources investigated (113 U/mg CAT ve 125 U/mg SOD). Various organic and inorganic nitrogen sources that were added in UYM showed no significant effect on the cell growth and enzyme activities. The optimum conditions for SOD activity was identified as 16.50 g/L, ph=5.47 and 33.9°C using experimental design in which glycerol concentration, initial ph value and temperature were used as factors. Under these conditions, SOD activity was obtained as 2.40 U experimentally, while the predicted activity was 2.70 U. The optimum conditions for cell concentration obtained using the experimental design method was identified as 39.27 g/L, ph=5.17 and 32.2°C. The resulting cell concentration was 1.32 mg/ml, while the predicted value was 1.6 mg/ml. The parameters of the growth kinetics for the substrate inhibition was found to be μmax=0.28 st-1, Ks=11.84 g/L ve Ki=174.5 g/L. Among the different free radical sources investigated, methyl viologen provided a 1.6 fold increase in SOD specific activity, on the other hand, methylene blue provided a 3.6 fold increase in the CAT specific activity. The effect of molecular oxygen was studied for various oxygen strategies at the favorable conditions for the production of SOD enzyme and the highest increase (3.2-3.6 fold) was obtained at 100% dissolved oxygen level provided from the beginning of the culture.