Benzaldehit liyaz (BAL) enziminin manyetik nanoparçacıklara immobilizasyonu ve tepkimelerinin incelenmesi

Abstract

Epoksi grupları tutturulmuş Fe3O4-SiO2 manyetik nanoparçacıklar, Benzaldehid Liyaz (BAL, EC 4.1.2.38) enziminin immobilizasyonu için 3-glycidyloxypropyl trimethoxysilane (GPTMS) ile modifiye edilmiştir. Öncelikle manyetik nanoparçacıklar birlikte çökme yöntemi ile bazik ortamda Fe+2 ve Fe+3'ün çöktürülmesiyle sentezlenmiştir. Daha sonra Fe3O4-SiO2 nanoparçacıklar elde etmek için silika sol-jel metodu kullanılarak Fe3O4 nanoparçacıklarının üzerine kaplanmıştır. Bu işlemi takiben GPTMS, Fe3O4-SiO2 nanoparçacıklarının yüzeyine immobilize edilmiştir. Epoksi grupları tutturulmuş Fe3O4-SiO2 manyetik nanoparçacıkları karakterize etmek için X-Işını Difraksiyonu (XRD), Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) ve Fourier dönüşümlü kızılötesi ışın spektroskopi (FT-IR) yöntemi kullanılmıştır. Silika-kaplı manyetik nanoparçacıkların boyutları Scherrer denkleminden 11,8 nm olarak hesaplanmıştır. TEM görüntüsünden parçacıkların ortalama 10-11 nm boyutunda, homojen bir dağılımda ve Scherrer denkleminden elde edilen sonuçla uyum içinde olduğu tespit edilmiştir. FTIR sonuçları manyetik nanoparçacıkların yüzeyine epoksi gruplarının başarılı bir şekilde tutturulduğunu göstermiştir.Histidin kuyruklu rekombinant BAL, benzaldehidin açiloin kondenzasyon reaksiyonlarını katalizlemek için yüzeyi değiştirilmiş manyetik nanoparçacıklara kovalent bağlanma yoluyla immobilize edilmiştir. Bu sistem benzaldehitin homo açiloin ve benzaldehit-asetaldehit heteroaçiloin kenetlenme tepkimeleri için denenmiş ve yüksek verim ve enansiyoseçicilik ile ürünler elde edilmiştir (%98-?99ee, %90 verim). Aynı sistem rasemik benzoinin asetaldehitle kinetik ayrıştırma tepkimesinde de denenmiş aynı şekilde ürünler yüksek seçicilik ve verimle elde edilmiştir. Bütün reaksiyonlar da BAL-epoksi destek sistem, yüksek enantiyoselektivite ve yüksek verim ile hem C-C bağ oluşumu ve hemde kırılması reaksiyonlarını katalizleyebilmiştir. Kesin ürün konfügrasyonları (R) olarak belirlenmiştir. Uygulaması basit olan manyetik, heterojen biyokatalizör ile yapılan karboligasyon reaksiyonlarından elde edilen sonuçlar saf enzim katalizli reaksiyonlarla karşılaştırılmıştır.BAL-epoksi destek sistemin diğer avantajları, kullanım kolaylığı ve tekrar kullanılabilirliliğidir.Anahtar Kelimeler: Magnetit, manyetik nanoparçacıklar, yüzey modifikasyonu, immobilizasyon, histidin etiketli benzaldehit liyaz (BAL) enzimi, manyetik saflaştırma

Epoxy-functionalized Fe3O4@SiO2 core?shell magnetic nanoparticles were prepared by modification with glycidyloxypropyl trimethoxysilane (GPTMS) for direct benzaldehyde lyase enzyme (BAL, EC 4.1.2.38) immobilization. First, magnetite nanoparticles were synthesized by co-precipitating Fe2+ and Fe3+ in an ammonia solution. Then silica was coated on the Fe3O4 nanoparticles using a sol?gel method to obtain magnetic silica nanoparticles. The condensation product of 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS) was immobilized on them. The epoxy coated magnetic silica were applied for the covalent immobilization of BAL. X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) methods were used to characterize the epoxy-functionalized Fe3O4@SiO2 core?shell magnetic nanoparticles. XRD (Scherer?s equation) and TEM results indicate that the primary particle size of magnetite was around 11 nm. FTIR results indicate that epoxysilane was attached successfully to the surface of the Fe3O4@SiO2 core?shell magnetic nanoparticles.Histidine-tagged recombinant benzaldehyde lyase (BAL, EC 4.1.2.38) was efficiently immobilized to surface-modified magnetic particles with covalent binding that was used to catalyze the self acyloin condensation reaction of benzaldehyde and cross acyloin condensation reaction of benzaldehyde with acetaldehyde. The same system was used for kinetic resolution of racemic benzoin with acetaldehyde and high yield and selectivity was obtained. In all the reactions, the BALepoxy support system was able to catalyze both C-C bond forming and breaking reactions with high yield and high enantioselectivity (98-?99%ee, 90% yield). The absolute configuration of the products is assigned as (R). The results obtained from the carboligation reactions that were performed with this simple and convenient heterogeneous biocatalyst were comparable to that of free enzyme-catalyzed reactions.Additional advantages are its reusability and it is easy to work with.Keywords: Magnetite; magnetic nanoparticles; surface modification, Benzaldehyde lyase (BAL )enzyme, magnetic purification