شماره ركورد
25105
شماره راهنما
BIOTECH2 388
عنوان
مهندسي آنزيم پراكسيداز ترب كوهي براي توليد سامانه زيستحسگر هيبريدي آنزيم–نانوزايم بهمنظور شناسايي مواد پلي و پرفلوروالكيلي(PFAS)
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
ريززيست فناوري
دانشكده
علوم و فناوريهاي زيستي
تاريخ دفاع
1404/06/31
صفحه شمار
103 ص.
استاد راهنما
اصغر طاهري كفراني
كليدواژه فارسي
آنزيم , نانوزايم , سامانه هيبريدي Fe3O4-Cit@HRP , PFOA , فعاليت پراكسيدازي
چكيده فارسي
آنزيمها بهعنوان كاتاليزورهاي زيستي در بسياري از فرآيندهاي صنعتي، محيطزيستي و بيوشيميايي نقش دارند، اما محدوديتهايي همچون پايداري پايين و حساسيت به شرايط محيطي، استفاده بهينه از آنها را محدود ميكند. مهندسي آنزيمها روشي مؤثر براي بهبود پايداري، فعاليت و كاربرد آنهاست. يكي از روشهاي مهم مهندسي آنزيم، تثبيت آن روي حاملهاي مختلف است كه سبب افزايش پايداري حرارتي و شيميايي، قابليت بازيابي و استفاده مجدد و همچنين ارتقاي فعاليت كاتاليتيكي آنزيم ميشود. در اين پاياننامه، به مهندسي آنزيم پراكسيداز ترب كوهي(HRP) از طريق تثبيت آن روي سطح حاملهاي زيستالهام پرداختهشد. اين حاملها شامل نانوزايمهاي Fe3O4 و MFe2O₄(M=Ni,Zn,Cd) با خاصيت شبه پراكسيدازي بودند. نانوزايمها در واقع نوعي مواد زيستالهام هستند كه رفتار آنزيمها را تقليد ميكنند و بهعنوان جايگزينهاي مصنوعي آنزيمها، از پايداري بالاتر، هزينه كمتر و قابليت فعاليت در شرايط محيطي گسترده برخوردارند. هدف ما ايجاد يك سامانه هيبريدي نانوزايم-آنزيم بود كه در شرايط خاص، هم آنزيم بتواند فعاليت پراكسيدازي خود را حفظ كند و هم نانوزايم علاوه بر نقش حامل در تثبيت آنزيم، بتواند بهعنوان يك جزء كاتاليتيك اضافي به آنزيم كمك كند، چنانكه اثر همافزايي بين دو جزء ايجاد شود. نتايج نشان دادند كه براي رسيدن به اين اثر همافزايي، پس از تثبيت آنزيم بر سطح نانوزايمهاي گوناگون و بررسي فعاليت پراكسيدازي سامانه و مقايسه آن با هر يك از اجزا بهتنهايي، سامانه هيبريدي شامل آنزيم HRP و نانوزايم Fe₃O₄با پوشش سديم سيترات (Fe3O4-Cit@HRP) بهترين سامانه بود و بيشترين اثر همافزايي بين آنزيم و نانوزايم مشاهده شد. نتايج پارامترهاي سينتيكي نشان داد كه Km براي پيشماده TMB در سامانه هيبريدي حدود 15 برابر كمتر از آنزيم تنها است، كه بيانگر تمايل بالاتر به پيشماده TMB است. همچنين νmax براي پيشماده H2O2، بيش از پنج برابر نسبت به آنزيم تنها، افزايش يافته كه نشاندهنده بهبود چشمگير سرعت واكنش كاتاليزوري در حضور نانوزايم است. شرايط بهينه دما و pH نيز براي عملكرد بهينه سامانه تعيين شد. در ادامه، از اين سامانه هيبريدي بهعنوان يك زيستحسگر Turn-off براي شناسايي آلايندهي پلي و پرفلوروالكيلي(PFAS) استفاده شد. PFASها، خانوادهاي از تركيبات پايدار و زيانآور هستند كه به دليل مقاومت شيميايي بالا و اثرات خطرناك بر سلامت انسان و محيطزيست، حذف و شناسايي آنها به يكي از چالشهاي مهم و رايج روز تبديل شدهاست. هر دو جزء سامانه در نبود PFAS، فعاليت پراكسيدازي خود را در حضور پيشمادههاي TMB و H2O2 انجام ميدهند و ox-TMB توليد ميشود كه رنگ آبي آن شاخص فعاليت پراكسيدازي است. حضور PFAS از تبديل TMB به ox-TMB جلوگيري كرده و كاهش شدت رنگ آبي متناسب با غلظت آلاينده، بهعنوان شاخصي براي سنجش ميزان PFAS عمل ميكند. حد تشخيص (LOD) اين سامانه برابر 200 نانومولار محاسبه شد. در نهايت، عملكرد آن در نمونههاي واقعي، شامل آب، شير و سرم انساني ارزيابي گرديد كه درصد بازيابي 83.5-106.9 درصد بود. نتايج اين پژوهش نشان ميدهد كه سامانه هيبريدي Fe3O4-Cit@HRP يك راهبرد كارآمد براي طراحي زيستحسگرهاي حساس و پايدار است. اين سامانه هيبريدي با ارائه عملكرد بهبود يافته و اثر همافزايي بين آنزيم و نانوزايم، قابليت شناسايي دقيقPFAS ها را دارد و ميتواند بهعنوان ابزاري عملي و قابل اعتماد براي پايش آلايندههاي محيطي مورد استفاده قرار گيرد.
كليدواژه لاتين
Enzyme , Nanozyme , Hybrid system Fe3O4-Cit@HRP , PFOA , Peroxidase activity
عنوان لاتين
Engineering of Horseradish Peroxidase for the Development of a Hybrid Enzyme–Nanozyme Biosensor System for PFAS Detection
گروه آموزشي
زيست فناوري
چكيده لاتين
Enzymes, as biocatalysts, play crucial roles in many industrial, environmental, and biochemical processes; however, limitations such as low stability and sensitivity to environmental conditions restrict their optimal use. Enzyme engineering is an effective strategy to improve their stability, activity, and applicability. One of the key approaches in enzyme engineering is immobilization onto various carriers, which enhances thermal and chemical stability, enables recovery and reuse, and improves catalytic performance. In this thesis, horseradish peroxidase (HRP) was engineered through immobilization onto biomimetic carriers. These carriers included Fe3O4 and MFe2O4 (M=Ni, Zn, Cd) nanozymes with peroxidase-like activity. Nanozymes, as biomimetic materials, mimic the behavior of enzymes and, compared to natural enzymes, possess higher stability, lower cost, and the ability to function under broader environmental conditions. The goal was to develop a hybrid enzyme–nanozyme system in which HRP could maintain its peroxidase activity while the nanozyme, in addition to acting as a carrier, would also contribute as a catalytic component, thereby creating a synergistic effect between the two. The results demonstrated that, after immobilizing HRP onto different nanozymes and comparing the peroxidase activity of the hybrid systems with that of each individual component, the Fe3O4 nanozyme coated with sodium citrate (Fe3O4-Cit@HRP) exhibited the strongest synergistic effect. Kinetic analysis showed that the Km value for the TMB substrate in the hybrid system was about 15 times lower than that of free HRP, indicating a higher substrate affinity. Moreover, theν max for H2O2 was more than fivefold higher than that of the free enzyme, reflecting a significant enhancement in catalytic reaction rate in the presence of the nanozyme. The optimal temperature and pH conditions for the hybrid system were also determined. Subsequently, the hybrid system was applied as a turn-off biosensor for detecting per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS). PFAS are a family of persistent and harmful pollutants, whose chemical resistance and hazardous impacts on human health and the environment make their detection and removal a major challenge. In this system, in the absence of PFAS, both components catalyzed the oxidation of TMB by H₂O₂, producing ox-TMB, whose blue color served as an indicator of peroxidase activity. The presence of PFAS inhibited the oxidation of TMB, and the decrease in blue color intensity, correlated with pollutant concentration, was used for PFAS detection. The limit of detection (LOD) of the system was calculated as 200 nM. Finally, its performance was evaluated in real samples, including water, milk, and human serum, with recovery rates of 83.5–106.9%. Overall, the findings indicate that the Fe3O4-Cit@HRP hybrid system is an effective strategy for designing sensitive and stable biosensors. By offering improved performance and a synergistic effect between the enzyme and the nanozyme, this hybrid system enables accurate PFAS detection and holds promise as a practical and reliable tool for environmental pollutant monitoring.
تعداد فصل ها
4
فهرست مطالب pdf
147134
نويسنده