Bakır (II) iyonunun etiketsiz g-quadrupleks tabanlı floresan metot ile tespiti

Abstract

Bu tez çalışmasında bakır (II) iyonunun hızlı, seçici ve hassas tespiti için, guanin nükleotidi yönünden zengin bir DNA dizisi ile Thioflavin T'nin G-quadrupleks yapı oluşturmasını temel alan etiketsiz bir algılama sistemi geliştirilmiştir. Bakır (II) iyonuna seçicilik gösteren G-quadrupleks yapı oluşturabilme potansiyeli bulunan DNA dizisi dört GGG tekrarına sahiptir. Kendiliğinden floresan özellik göstermeyen Thioflavin T, bu DNA dizisi ile etkileşime girerek G-quadrupleks yapının oluşumunu indüklemekte ve floresan moleküler rotor yapısı nedeniyle yüksek floresan emisyon yoğunluğuna neden olmaktadır. Bakır (II) iyonlarının varlığında, G-quadrupleks yapı oluşturmuş DNA dizisi yüksek seçicilik gösterdiği hedefine bağlanmak için Thioflavin T ile oluşturmuş olduğu kompleksten ayrılmakta ve konformasyonel değişikliğe uğrayarak G-quadrupleks yapıdan tek zincirli haline geri dönüş yapmaktadır. Bu ayrılma ve konformasyonel değişiklikler ile birlikte floresan emisyon yoğunluğunda önemli bir düşüş oluşmaktadır. Bakır (II) iyonlarının ortamdaki konsantrasyonuna göre floresan emisyon yoğunluğunda meydana gelen bu değişim sayesinde bakır (II) iyonlarının etiketsiz, düşük maliyetli, hızlı, hassas ve seçici bir biçimde tespiti sağlanabilmektedir. Dünya üzerindeki birçok organizma için hayati öneme sahip olan, yüksek konsantrasyonlarda maruz kalındığında oldukça toksik ve hatta ölümcül etkilere sebep olabilen bakır (II) iyonunun canlılar ile temasının birincil kaynağı su ekosistemleridir. Tasarlanan algılama sistemi, geniş bir lineer aralıkta doğrudan su numunelerinde bakır (II) iyonlarını ölçmek için 30,7 nM tespit limitine, 102,5 nM tayin limitine sahip bir duyarlılığa ve seçiciliğe sahiptir. Karaman şehir şebeke sularından alınan su numuneleri ile yapılan deneyler ile tasarlanan metodun yüksek geri kazanım oranına sahip olduğu görülmüştür. Tasarlanan metot bakır (II) iyonuna, farklı iyonların varlığında bile yüksek oranda seçicilik göstermiştir.

In this thesis, a label free detection system based on the formation of G-quadruplex structure of Thioflavin T and a DNA sequence rich in guanine nucleotides was developed for rapid, selective and sensitive detection of copper (II) ion. The DNA sequence with four GGG repeats has the potential to form a G-quadruplex structure and shows high selectivity to the copper (II) ion. Normally non-fluorescent Thioflavin T induces the formation of the G-quadruplex structure by intercalating into DNA sequence and causes high fluorescence emission intensity due to the fluorescent molecular rotor structure. In the presence of copper (II) ions, the DNA sequence is dissembled from the complex formed with Thioflavin T to bind to its target of high selectivity and causes the G-quadruplex structure to separate by conformational modification. Conformational changes together with this separation lead to a significant decrease in the intensity of the fluorescence emission. Thanks to this change in the fluorescence emission; untagged, low cost, fast, sensitive and selective detection of copper (II) ions can be achieved. Water ecosystems are the primary source of the contact of living beings with copper (II) ions, which are very toxic and even lethal when exposed at high concentrations. The designed detection system has a sensitivity and selectivity with a detection limit of 30.7 nM and quantification limit of 102.5 nM for copper (II) ions directly in water samples in a wide linear range. With the experiments conducted from Karaman city municipal water, the designed method showed a high recovery rate.