Protein engineering applications for functional enhancement of cellulase and lipase enzymes
Lipaz ve selülaz enzimlerinin fonksiyonel özelliklerinin protein mühendisliği uygulamaları ile arttırılması
- Tez No: 459044
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL ÇAKMAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Genetik, Biyokimya, Biyofizik, Genetics, Biochemistry, Biophysics
- Anahtar Kelimeler: Lipazlar, Selülaz, Lipases, Cellulase
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyokimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Selülaz ve lipaz enzimleri metabolik enzimlerdir ve sanayii de yaygın kullanılmaktadırlar. Enzimlerin sanayii'de yaygın olarak kullanılmasıyla, zor ve cetin şartlara karşı dayanıklarının arttırılması ihtiyacı ortaya çıkmıştır ve protein mühendisliği yöntemleri ile enzimatik ve katalitik özellikleri iyileştirilmektedir. Bu doktora çalışması sırasında, farklı protein mühendisliği yöntemleri kullanılarak, selülaz enzimlerinin enzimatik ve kinetic özellikleri geliştirilerek yeni selülaz enzimleri rapor edilmiş, ve lipaz enzimlerinin organik çözücülerdeki aktivitesini sınırlayan sebepler açığa çıkarılmıştır. Ilk bölümde, DNA karma metodu kullanılarak, 2 farklı selülaz enzimi (EG3_S1 & EG3_S2) literatüre kazandırılmış ve EG3_S2 enziminin tabii enzimden 15.6-kat daha fazla aktivite göstermektedir. Bunun yanı sıra; EG3_S2 enziminin Vmax and kcat/km parametreleri sırasıyla ~12.8-kat ve ~6.5-kat arttırılmış ve EG3_S2 enzimi tabii enzime göre daha etkili bir biyokatölizör olarak literatüre rapor edilmiştir. Ikinci kısımda, bölge değişimi yöntemi ile EGI enziminin özellikleri iyileştirilmiştir. CBHI enziminin yapısında bulunan Co2+ iyon koordinasyon bölgesi EGI enzimine aktarılmış; ve farklı yapısal ve enzimatik karakteristiğie sahip EGI_swapped enzimi elde edilmiştir. EGI_swapped enzimi tabii enzyme göre ~1.7-kat daha yüksek termal kararlılık göstermektedir ve tabii enzimle aynı biyokatizör verimine sahiptir. Son kısımda ise; BTL2 lipaz enziminin organik çözücü içerisindeki aktivitesini engelleyen ana yapısal sebepler MD simulasyonları ortaya çıkarılmıştır. Val198-Pro298 bölgesi tolüen içerisinde en fazla yapısal kısıtlamaların olduğu bölgedir ve bu kısıtlamaların aşılması için farklı mutasyonlar önerilmiştir. Sonuç olarak bu çalışma ile BTL2 lipaz enziminin organic çözücü içerisindeki davranışı ile ilgili teorik bilgi birikimi oluşturulmuştur. Bu çalışma, BTL2 lipaz enziminin organik çözücü içerisindeki kullanımını arttırmayı hedefleyen çalışmalarda alt yapı olarak kullanılabilecek niteliktedir.
Özet (Çeviri)
Cellulases and lipases are considered as metabolic enzymes and widely used in industrial applications. Due to the growing demand of their usage in harsh conditions of industry, there exists a need for improvements in their catalytic properties with protein engineering methods. In this thesis, we applied several protein-engineering methods to generate novel cellulase enzymes with altered enzyme kinetics and to understand the main reasons behind the limited enzymatic activity of lipase in organic solvents. In the first part, we generated two novel cellulase enzymes (EG3_S1&EG3_S2) through DNA shuffling and reported 15.6-fold improvements in enzymatic activity of EG3_S2 (at 45oC) with respect to native. Also, EG3_S2 displayed the greater thermal stability and it is considered as a better biocatalyst than native with ~12.8-fold and ~6.5-fold improvements in Vmax and kcat/km, respectively. In the second part, we engineered EGI endoglucanase enzyme via domain swapping of Co2+ region from CBHI. Here, a new endoglucanase, named as EGI_swapped was reported with modified structural and enzymatic properties. It displays ~1.7-fold better thermal stability than native without compromising the catalytic efficiency. Lastly, we performed molecular dynamic simulations with BTL2 lipase in toluene environment to provide an understanding how toluene molecules impose the structural restriction on BTL2. Val198-Pro218 was reported as the most suffered region and several mutations were suggested to solve the problems about the conformational stability of BTL2 in toluene. Indeed, a theoretical basis for the behavior of BTL2 in toluene was constituted for further studies, aiming to provide the improvements of BTL2's usage in hydrophobic media.
Benzer Tezler
- Construction of GFP based designer proteins
GFP bazlı tasarım proteinlerinin oluşturulması
ESRA YÜCA
Doktora
İngilizce
2011
Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN TAMERLER
- Çörekotu (Nigella sativa l.) lipaz enziminin stabilizasyonuna şekerlerin etkisi
Başlık çevirisi yok
AYSUN AKIN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLDEM ÜSTÜN
- Preparation of functional surfaces using zeolite nanocrystals for biosensor and biomedical applications
Biyosensör ve biyomedikal uygulamalar için zeolit nanokristalleri kullanılarak fonksiyonel yüzeylerin oluşturulması
SALİH KAAN KİRDECİLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. BURCU AKATA KURÇ
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Escherichia coli su transfer proteini (aquaporin) kullanılarak membran yapısının geliştirilmesi ve su geçirme kapasitesinin iyileştirilmesi
Development of membrane structure using Escherichia coli water transfer protein (aquaporin) and improvement of water permeability
NUR GAZALE BİROL
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Çevre MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK ÖZKAN
- Dental stem cell mediated bone tissue engineering using porcine model
Domuz modeli üzerinde diş kök hücresi kullanılarak kemik doku mühendisliği
GÖRKE GÜREL PEKÖZER
Doktora
İngilizce
2017
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK
PROF. DR. GAMZE KÖSE