Biyonanoteknoloji Uygulamaları İçin Genetik Mühendisliği İle Oluşturulan Anorganiklere Özgül Peptidlerin Kinetik Ve Termodinamik Analizleri

Abstract

Bu çalışma kapsamında genetik mühendisliği kullanılarak oluşturulmuş anorganiklere seçici olarak bağlanan peptidlerin (GEPI) kinetik ve termodinamik araçlarla moleküler tanıma özellikleri incelenmiştir. Faj gösterim ya da hücre yüzey gösterim teknikleri kullanılarak seçilen GEPI moleküllerinin karakterizasyonu yapılmıştır. GEPI’lerin moleküler karakterizasyonu, adsorpsiyon kinetikleri ve termodinamikleri, ikincil yapı çalışmaları ile bir bütünlük içerisinde gerçekleştirilmiştir. GEPI’lerin bağlanma kinetik ve termodinamikleri yüzey plazmon rezonans spektrometresi ve kuvartz kristal mikroterazi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Altın , silika ve platin yüzeylere bağlanan peptidlerin sadece afiniteleri değil, aynı zamanda malzeme seçicilikleri de incelenmiştir. Bir durum çalışması olarak, altın yüzeye bağlanan peptid için yapı-aktivite ilişkisi de, termodinamik bir bakış açısı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. GEPI’lerin, moleküler karakterizayonu takiben, moleküler bağlayıcı ve malzeme sentezleyicisi olarak kullanımları araştırılmıştır. Bu bağlamda, GEPI’ler, moleküler bağlayıcı olarak, alkali fosfataz enziminin altın, silika ve platin yüzeylerine immobilizasyonu ve yarı iletken nanotaneciklerin LED aygıtlarının yüzeylerine tutuklanması çalışmalarında, moleküler tutucu olarak ise, Huntington hastalık etmen proteininin fibrilasyonunun gerçek zamanlı olarak incelenmesinde kullanılmıştır. Ayrıca, morfoloji kontrollü silika sentezi için GEPI’lerin malzeme yapıcı olarak kullanımları gösterilmiştir. GEPI’lerin birçok değişik biyo-nano teknolojik uygulamalarda moleküler bağlayıcı olarak kullanımları, nano- biyo- arakesitindeki zorlukları aşabilmek için uygun moleküler araçlar olduğunu ortaya koyacak şekilde sunulmuştur.

Molecular recognition properties of genetically engineered inorganic binding peptides (GEPI), were investigated with respect to their binding kinetics and thermodynamics. Phage display or cell surface display selected GEPIs for different materials were characterized. In the molecular characterization of GEPIs, adsorption kinetics and thermodynamics of GEPIs were realized in conjugation with secondary structural analysis of the peptides. To characterize binding kinetics and thermodynamics of GEPIs, surface plasmon resonance sensor, quartz crystal microbalance were employed. Both the affinity and materials selectivity of gold, platinum and silica binding peptides were investigated. The effect of conformational constraints and multiple repeats on the affinity and material selectivity of GEPIs was tested. As a case study the structureaffinity relationship in gold binding peptides was analyzed, using a thermodynamic approach. Following the molecular characterization of GEPIs, proof of demonstration studies were carried out, in which GEPIs were utilized as molecular linkers and material synthesizer. In this perspective, we utilized GEPIs as molecular linkers, for the immobilization of alkaline phosphatase on gold, platinum and silica; for the targeted assembly of semiconductor nanoparticles on LED device; as molecular erector for the real time monitoring of fibrillation in Huntington’s disease; and finally as synthesizer in the morphology controlled synthesis of silica. In the scope of the thesis, GEPIs have been exploited to create new generation of biomimetic molecular linkers. Various practical bio-nanotechnological examples in the usage of GEPIs as molecular linkers were demonstrated as representative towards their wide range of applications to overcome the challenges at the nano- bio- interface.