Aspergillus niger katalazının üretimi, üçlü-faz ayırma sistemi ile saflaştırılması ve karakterizasyonu

Abstract

Katalazlar (EC 1.11.1.6) antioksidan metalloenzimler sınıfına dahil olup başlıca işlevleri hidrojen peroksidin su ve moleküler oksijene parçalanmasıdır. Katalazlarla yaklaşık yüzyıldır çalışılmasına rağmen, özellikleri ile ilgili yeni bulgular keşfedilmektedir. Bu çalışmada Aspergillus niger katalazının üretimi, saflaştırılması ve karakterize edilmesi amaçlanmıştır. Buna göre 1 litrelik YpSs sıvı büyüme ortamında 37°C ve 155 rpm çalkalama hızında büyütülen A. niger'den 7. günde ham enzim ekstraktı elde edilmiştir. Katalaz enzimi hem iyon değiştirme kromatografisi hem de üçlü-faz ayırma yöntemi ile saflaştırılmıştır. Kromatografik yöntemle yapılan saflaştırmada enzim aktivitesinde %42 oranında azalma gözlenmiştir. Diğer yandan, üçlü-faz ayırma yönteminde %80 (w/w) amonyum sülfat içeren ve ham ekstrakt:t-butanol oranı 1:1.5 olacak şekilde pH 7,0'da hazırlanan sistemden katalaz enzimi %263 geri kazanım ile 7.9 kat saflaştırılmıştır. Enzim örneğinin saflığı SDS-PAGE ile kontrol edilmiş olup jelde yaklaşık 87 kDa molekül ağırlığına denk gelen tek bir bant gözlenmiştir. Saf enzimin Km değeri (21,4 mM), optimum reaksiyon sıcaklığı (50°C) ve optimum reaksiyon pH'sı (6,0) belirlenmiştir. Kararlılık testleri enzimin aktif olarak kalabildiği sıcaklık aralığının (30°C -40°C) nispeten dar, ancak pH aralığının (4.0-9.0) oldukça geniş olduğunu göstermiştir. Ayrıca, %7,5'lik (v/v) etanol varlığında aktivitenin yaklaşık %77'si korunmuştur. Bununla birlikte, esas fonksiyonunun yanında 4-metil katekol ve pyrokatekol gibi fenolik bileşikleri peroksitten bağımsız olarak okside edebilmiştir. Sonuç olarak, A. niger'den katalaz enziminin geleneksel kromatografi yöntemi yerine zamandan tasarruf sağlayan, maliyeti ucuz ve kullanımı oldukça kolay olan üçlü faz sistemleri ile saflaştırılabildiği görülmektedir. Enzimin sahip olduğu biyokimyasal özellikleri, çeşitli endüstriyel uygulama alanlarında avantaj sağlayabilir.

Catalases (EC 1.11.1.6) belonging to metalloenzyme family catalyze the degradation of hydrogen peroxide to water and molecular oxygen. Although catalases have been studied by almost a century, some characteristics have been recently discovered. For that purpose, crude enzyme extract was obtained from A. niger on 7th day of cultivation of cells grown at 37°C and 155 rpm in 1 liter YpSs medium containing 1% glucose. Catalase enzyme was purified by both ion exchange chromatography and three-phase partitioning method. Chromatography-based purification has resulted in a 42% reduction in the enzyme activity. On the other hand, the three-phase partitioning method which wasprepared by 80% (w/w) ammonium sulfate saturation at pH 7 with 1:1.5 (v/v) ratio of crude extract to t-butanol gave 7.9-fold purification with 263% activity recovery. The Km value, optimum reaction temperature and optimum reaction pH of the catalase were determined. The stability tests have revealed that the enzyme remained stable in a narrow temperature whereas in a wide range of pH. In addition, about 77% of the activity has been maintained in the presence of ethanol up to a concentration of 7.5% (v/v). Besides it main function it could oxidase substrates such as 4-methyl catechol and pyrocatechol in the absence of peroxide. To conclude, the catalase enzyme from A. niger can be purified by a three phase partitioning system, which is time-effective, inexpensive and very easy to use, rather than a conventional chromatography method. The biochemical properties of the resulting catalase enzyme can provide advantages in various industrial applications.