Enzymatic CO2 sequestration by carbonic anhydrase

Abstract

Karbonik Anhidraz (CA) enzimi karbon dioksit depolamak amacı ile poliüretan (PU) sünger içerisine immobilize edildi ve karakterizasyonu yapıldı. Serbest ve immobilize edilmiş enzimin katalatik aktiviteleri substrat olarak p-nitrofenol asetat (p-NPA) kullanılarak belirlendi. Sulu ortamda p-NPA 4mM'a kadar çözünebildiğinden aktiviteler %10 asetonitril içeren tris tampon çözeltisi içerisinde ölçüldü. Serbest ve immobilize enzimin Michaelis-Menten sabitlerini hesaplamak için Lineweaver-Burk denklemi kullanıldı. Serbest enzimin kcat, KM, ve kcat/KM değerleri sırasıyla 1.21s-1, 12.2mM ve 148.1M-1s-1 olarak hesaplandı. İmmobilize enzimin KM değeri ise 9.59s-1 olarak bulundu. İmmobilize edilmiş CA ard arda 7 defa yıkama ve aktivite testinden sonra dahi hala herhangi bir aktivite kaybı olmamaktadır. Buna ilave olarak, immobilize enzimin tris tampon çözeltisi içerisinde saklandığında 45 gün boyunca aktivitesini koruduğu, serbest enzimin ise 4oC'de buzdolabında saklandığında aynı süre içinde neredeyse bütün aktivitesini kaybettiği görüldü. İmmobilize enzimin en yüksek aktiviteyi 35oC ile 45oC arasında gösterdiği bulundu; ancak 60oC sıcaklıkta immobilize CA'da herhangi bir aktivite gözlemlenmedi. Serbest ve immobilize enzimin ısısal bozunma enerjisi sırasıyla 29kcal/mol ve 86kcal/mol olarak hesaplandı. İmmobilize enzim CaCO3 çöktürme deneylerinde kullanıldı. CaCO3 taneciklerinin boyutunun 100nm'den düşük olduğu ve boyut dağılımının daha az aralıkta olduğu bulundu. Poliüretan sünger içerisine immobilize edilmiş CA enzimi CO2 depolanmasında kullanılabileceği değerlendirilmektedir.

Carbonic Anhydrase (CA) was immobilized within Polyurethane (PU) Foam and characterized for CO2 sequestration purposes. The catalytic activities for the free and immobilized CA were estimated by using p-Nitrophenyl Acetate (p-NPA) as the substrate. The activities were estimated in tris buffer containing 10% Acetonitrile. Because, the p-NPA is only soluble up to 4mM in aqueous phase. Lineweaver-Burk relationship was employed to estimate the Michaelis-Menten kinetic parameters for the free and immobilized CA. The kcat, KM, and kcat/KM values for free enzyme were found to be 1.21s-1, 12.2mM, and 148.1M-1s-1, respectively. The KM value for immobilized BCA was estimated to be 9.59mM in tris buffer (50mM, pH=7.5), in the presence of 10% acetonitrile at the same conditions. The immobilized CA was stable and did not loose any activity over seven consecutive washings and activity tests. In addition, while the free CA lost its activity in 45 days stored at 4oC in fridge, the immobilized CA was stable and did not loose any activity over 45 day period. The optimum temperature for the immobilized BCA was found to be between 35oC and 45oC. No activity was observed for the immobilized CA at 60oC. Thermal deactivation energies for the free and immobilized CA were found to be 29kcal/mol and 86kcal/mol, respectively. The immobilized CA was employed in CaCO3 precipitation. It was found that the CaCO3 particles were less than 100nm and more evenly dispersed. It was concluded that the immobilized CA could be used in CO2 sequestration.