Alkalin Fosfataz Benzeri Peptit Nanokatalizörler

Abstract

Enzimler, reaksiyonların gerçekleşmesi için gerekli aktivasyon enerjisini düşürmeleri sebebiyle yaşam bilimlerinde önemli bir yere sahiptir. Bu özellikleri sayesinde reaksiyonların hızı milyonlarca ya da milyarlarca kat artabilmektedir. Reaksiyon hızını arttırmalarının yanı sıra, seçici reaksiyon gerçekleştirme özelliğine de sahiptirlerdir. Böylece sentez sonrası ürünlerin ayrılması gibi fazladan işlemlere gerek kalmadan daha az maliyetli reaksiyonlar gerçekleştirilebilmektedir. Günümüzde bilinen enzimlerin yaklaşık üçte birini metallerle koordine olan enzimler oluşturmaktadır. Bu tip enzimler, solunum, fotosentez, azot fikslenmesi, hidroliz kimyası gibi biyolojik sistemlerde hayati önem taşıyan mekanizmaların gerçekleşmesinde görev almaktadır. Metal iyonları, bir ya da daha fazla parçayla koordine olarak yapısal, katalitik ve elektron transferi gibi görevleri üstlenmektedir. Alkalin fosfataz (ALP) enzimi, nükleotitler ve alkaloidler gibi moleküllerdeki fosfat grubunun hidrolizinde görev alan bir enzimdir. Bu enzimin çinko varlığında aktivitesinin arttığı in vitro ve in vivo çalışmalarda gözlemlenmiştir. Bu enzim, aynı zamanda biyomineralizasyon için gerekli olan fosfat üretimine yardımcı olduğundan kemik dokuda yer alan hidroksiapatit üretimini hızlandırır. Bu projede, ALP aktivitesini taklit edebilen peptit nanofiber sistemleri geliştirilmiştir. Kendiliğinden düzenlenerek nonkovalent etkileşimler sayesinde multivalent aktif yüzey oluşturan peptit molekülleri, ALP’nin aktif bölgesindekine benzer şekilde çinkoya bağlanan amino asitler ile aktifleştirilerek hidroksiapatit üretilmesini sağlamıştır. Peptit nanosistemlerinin kararlılığı, hem hidrofilik hem de hidrofobik kısımlardan oluşmasından ileri gelmektedir. Hidrofobik kısma eklenen, beta yaprak oluşturma özelliğine sahip amino asitler sayesinde üç boyutlu bir yapı oluşturulabilmektedir. Bu özelliğe sahip amino asit dizininden sonra da, istenilen fonksiyona sahip amino asitler eklenebilmektedir. Bu projede, aynı stratejiyi kullanarak farklı yapısal özellikteki peptit moleküllerinin sentezlenmesi ve bu yapısal özelliklerin katalitik aktiviteye etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. Böylelikle, yapay enzim yapımına, nanosistemlerle çözüm adımları ileri vadede sağlanacaktır. Sentezlenen yeni peptit nanoyapıların katalitik aktivitelerinin, canlı organizmalar üzerindeki etkisi de hücre üzerinde yapılacak in vitro deneyler ile gösterilmiştir. Ayrıca, sentezlenen yeni peptitler ve bu peptitlerin metal iyonlarıyla koordinasyonu sonucu oluşan üç boyutlu yapıların modellemeleri de desteklenmiştir. Bu tür teorik çalışmalar, sonraki supramoleküler yapıların tasarımında örnek teşkil edecektir.