Biyoyakıt endüstrisinde kullanılabilecek bakteri kaynaklı rekombinant enzim üretimi
Production of bacterial recombinant enzymes for use in the biofuel industry
- Tez No: 961742
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜNSELİ KURT GÜR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ihtiyacın artması, lignoselülozik atıkların biyoyakıt üretiminde değerlendirilmesini ön plana çıkarmaktadır. Bu çalışmada, lignoselülozik atıkların biyolojik dönüşümünde rol oynayabilecek rekombinant bir ksilanaz enziminin üretimi, saflaştırılması ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Toprak örneklerinden izole edilen bakteriyel suşların moleküler tanımlaması yapılmış ve biyoinformatik analizler sonucunda Bacillus zhangzhouensis kaynaklı bir ksilanaz genine ait dizi belirlenmiştir. İlgili gen, gen sentezi yoluyla elde edilmiş ve pQE-2 ekspresyon vektörüne klonlanarak E. coli DH5α ve E. coli BL21 (DE3) hücrelerine aktarılmıştır. Rekombinant protein ekspresyonu, çeşitli sıcaklık ve süre koşullarında IPTG indüksiyonu ile gerçekleştirilmiş; en yüksek enzim aktivitesi 24 °C'de 4 saat indüksiyon sonrası elde edilmiştir. Ekspresyon sonrası enzim, amonyum sülfat çöktürmesi, diyaliz ve ultrafiltrasyon yöntemleriyle saflaştırılmış, protein miktarı Bradford yöntemiyle, enzim aktivitesi ise indirgen şeker tayiniyle belirlenmiştir. Ekspresyon ürünlerinin zimogram analizi gerçekleştirilmiş ve enzimatik aktivite ksilanlı agar plaka testleri ile desteklenmiştir. Karakterizasyon çalışmaları kapsamında, enzimin belirtilen reaksiyon koşullarında optimum sıcaklık değeri 50 °C, optimum pH'ı ise 7,0 olarak saptanmıştır. Termal stabilite testlerinde enzim aktivitesinin 50 °C'nin üzerinde azaldığı gözlemlenmiştir. Metal iyonları (Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ vb.) ve organik reaktiflerin (SDS, DTT, Triton X-100, EDTA vb.) farklı konsantrasyonlardaki etkileri değerlendirilmiş; enzim bazı reaktiflere karşı direnç göstermiştir. Substrat spesifisitesi testlerinde ksilan ile karşılaştırıldığında mısır koçanı, çam talaşı, odun talaşı, pirinç kabuğu ve buğday kepeği gibi tarımsal atıklarda düşük düzeyde aktivite saptanmış, CMC (karboksimetilselüloz) substratına karşı ise anlamlı bir enzim aktivitesi gözlemlenmemiştir. Elde edilen bulgular, çalışmada elde edilen rekombinant ksilanazın yüksek substrat özgüllüğüne ve uygun endüstriyel özelliklere sahip olduğunu göstermektedir. Bu özellikleriyle enzim, özellikle hemiselülozik atıkların hidrolizi yoluyla ksiloz ve türevlerinin elde edilmesinde kullanılabilir olup, bu ürünlerin mikrobiyal fermantasyonla biyoyakıt üretiminde değerlendirilmesi açısından önemli bir biyoteknolojik potansiyel taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
The increasing demand for renewable energy sources highlights the importance of utilizing lignocellulosic wastes in biofuel production. In this study, the production, purification, and characterization of a potential xylanase enzyme that may play a role in the biological conversion of lignocellulosic wastes were carried out. Molecular identification of bacterial strains isolated from soil samples was performed, and as a result of bioinformatic analyses, the sequence of a xylanase gene derived from Bacillus zhangzhouensis was determined. The relevant gene was obtained through gene synthesis and cloned into the pQE-2 expression vector, then transferred into E. coli DH5α and E. coli BL21 (DE3) cells. Recombinant protein expression was induced with IPTG under various temperature and time conditions; the highest enzyme activity was obtained after 4 hours of induction at 24 °C. Following expression, the enzyme was purified using ammonium sulfate precipitation, dialysis, and ultrafiltration methods. Protein concentration was determined by the Bradford method, and enzyme activity was measured by reducing sugar assay. Zymogram analysis of the expression products was performed, and enzymatic activity was supported by xylan-containing agar plate tests. As part of the characterization studies, the enzyme's optimum temperature and pH under specified reaction conditions were determined as 50 °C and 7.0, respectively. Thermal stability tests showed that enzyme activity decreased above 50 °C. The effects of metal ions (Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, etc.) and organic reagents (SDS, DTT, Triton X-100, EDTA, etc.) at different concentrations were evaluated; the enzyme exhibited resistance to certain reagents. In substrate specificity tests, compared to xylan, low levels of activity were detected in agricultural wastes such as corn cob, pine sawdust, wood sawdust, rice husk, and wheat bran, while no significant enzyme activity was observed against the CMC (carboxymethylcellulose) substrate. The findings indicate that the recombinant xylanase obtained in this study possesses high substrate specificity and favorable industrial properties. With these characteristics, the enzyme can be used especially in the hydrolysis of hemicellulosic wastes to obtain xylose and its derivatives, which hold significant biotechnological potential for use in biofuel production through microbial fermentation.
Benzer Tezler
- Yarı katı fermantasyon yöntemiyle buğday samanının biyolojik değerinin artırılması
Increasing the biological value of wheat straw through semi-solid fermentation system
RAHMİ ERTAN ANLI
Yüksek Lisans
Türkçe
1988
ZiraatAnkara ÜniversitesiTarım Ürünleri Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF.DR. M. HİLMİ PAMİR
- Aktif çamurda çözünmüş kalıcı ürün oluşumu modeli
Modelling of inert soluble product formation in the activated sludge process
NAZİK ARTAN
- Kolza küspesi kömürünün eldesi ve tanımlanması
Rapeseed cake char: production and characterization
ESİN ÇULCUOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU
- Kolza sap-samanı ısıl davranımının termogravimetrik yöntemle incelenmesi
Başlık çevirisi yok
BÜLENT D. ÇİFT
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU
- Kolza küspesinin pirolizi
Pyrolysis of the rapeseed cake
ELİF ÜNAY
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU