عنوان پایان‌نامه
بررسی فعالیت آنزیمی کاتالاز تثبیت شده بر روی نانو لوله کربنی مغناطیسی وبهینه سازی آن به کمک روش آماری طراحی آزمایش
- رشته تحصیلی
- بیوشیمی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک شماره ثبت: 11363ب;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 66216
- تاریخ دفاع
- ۱۹ مهر ۱۳۹۳
- دانشجو
- محبوبه نژادحسینیان
- استاد راهنما
- معصومه فیروزی ششتمد
- چکیده
- آنزیم کاتالاز با تجزیه پراکسید هیدروژن به آب و اکسیژن مولکولی در صنایعی از قبیل صنایع غذایی، صنعت نساجی و آنالیزهای بیوشیمیایی کاربرد دارد و تثبیت و افزایش پایداری آن همواره مورد توجه پژوهش¬گران بوده است. هدف از این پژوهش تثبیت آنزیم کاتالاز بر روی نانولوله¬کربنی مغناطیسی شده و یافتن شرایط بهینه تثبیت می¬باشد. به منظور یافتن شرایط بهینه از روش آماری سطح پاسخ (RSM) بر اساس طرح جعبه بنکن استفاده شده است. شرایط بهینه به دست آمده شامل: غلظت اولیه آنزیم (800 میکروگرم بر میلی لیتر)، مقدار نانولوله¬کربنی مغناطیسی (4 میلی گرم)، زمان مجاورت آنزیم با نانولوله¬کربنی مغناطیسی (3 ساعت) و دمای تثبیت (15 درجه سانتی¬گراد) است. فعالیت آنزیم تثبیت شده در شرایط مختلف (پایداری دمایی، پایداری در pH های گوناگون و قابلیت استفاده-های مجدد از آنزیم تثبیت شده) بررسی شده است. آنزیم در حالت تثبیت شده و آزاد، بیشترین فعالیت را در pH برابر با هفت دارد. آنزیم تثبیت شده در دمای بین10 تا30 درجه سانتی¬گراد فعالیت بالایی را نشان می¬دهد. قابلیت استفاده¬ی دوباره از آنزیم تثبیت شده نشان می¬دهد که کاتالاز اتصال یافته به نانولوله¬کربنی مغناطیسی بعد از 10 مرتبه استفاده، 90 درصد فعالیت خود را حفظ می¬کند. ثابت¬های سینتیکی سرعت بیشینه (Vmax) و ثابت میکائیلیس- منتن (Km)، با استفاده از رابطه خطی لاینویور- برک محاسبه گردید. ثابت میکائیلیس- منتن برای آنزیم تثبیت شده از آنزیم آزاد (9/8 در برابر 65/7 میلی مولار) بیشتر می¬باشد. سرعت بیشینه برای آنزیم تثبیت شده و آزاد به ترتیب برابر با 04/0 و 047/0 بر ثانیه است. دستگاه مغناطیس‌سنج نمونه ارتعاشی (VSM)، جهت اندازه‌گیری خواص مغناطیسی نانولوله¬های¬کربنی مغناطیسی شده مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج این بررسی نشان می¬دهد که ذرات اکسید آهن رسوب یافته روی نانولوله¬های¬کربنی باعث افزایش 31 برابری در خاصیت مغناطیسی نانولوله شده است. به منظور تعیین گروه¬های عاملی موجود بر روی نانولوله¬کربنی خام و مغناطیسی شده دستگاه طیف‌سنجی تبدیل فوریه (FTIR) به کار رفته است. گروه های حاوی اکسیژن(گرو¬ه¬های فنلی، الکلی و کربوکسیلی) هنگامی¬که نانولوله در دمای بالا (50 درجه سانتی¬گراد) در معرض امواج فراصوت قرار می¬گیرد روی سطح آن ایجاد می¬شوند، بدون اینکه ساختار نانولوله آسیبی دیده باشد. تصویر برداری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، تغیرات ایجاد شده در شکل ظاهری نانولوله¬کربنی قبل و بعد از تثبیت آنزیم را نشان می¬دهد و حضور آنزیم را روی سطح نانولوله¬کربنی مغناطیسی تأیید می¬کند. کلمات کلیدی: کاتالاز، تثبیت آنزیم، نانولوله¬کربنی مغناطیسی، روش آماری سطح پاسخ، امواج فراصوت.
- Abstract
- Catalase which decomposes hydrogen peroxide to water and oxygen has been used in various industrial fields such as food industry, textile industry and biochemical Analisys. Immobilize and increase its stability is of great importance for researchers. The purpose of this study is to achieve carrier-bound immobilization of catalase onto magnetic multi-walled carbon nanotubes (mMWCNTs) to specify the optimum conditions of immobilization. Response surface methodology based on Box-Behnken design of experiment was used for determination of optimal immobilization conditions: the initial enzyme concentration (800 ?g/ml), amount of mMWCNTs (4mg), immobilization time (3 hours) and immobilization temperature (15°C). The activity reaction conditions (pH stability, thermal stability and reusability) were characterized. Also kinetic parameters were calculated by Lineweaver Burk plots. The optimum pH values were found to be 7.0 for both free and immobilized enzyme. Immobilized catalase systems displayed the optimum temperature between10 and 50°C. Reusability studies showed that mMWCNTs -immobilized catalase can be used 10 times with 10% loss in original activity. The Km value for immobilized catalase (8.9 mM) was higher than that of free enzyme (7.65 mM). Vmax values were found to be 0.04 S-1 and 0.047 S- 1 for the immobilized and free enzyme, respectively. The magnetic properties of the mMWCNTs were measured using a vibrating sample magnetometer (VSM). The results showed that iron oxide particles deposited on MWCNTs increase magnetic properties of nanotubes about 31-fold. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy provided insight on various chemical interactions and bonding, involved during and after immobilization. When nanotubes sonicated at high temperature (50 ° C), Oxygencontaining groups (alcohol, carbonyl, acid) lie on the surface of MWCNTs. Without damaging the basic CNT structure. Native and immobilized mMWCNTs was characterized with the help of scanning electron microscopy and it was approved enzyme present on the surface of the mMWCNTs. Keywords: catalase, immobilization, magnetic multi-walled carbon nanotubes, response surface methodology, sonication.
