مدلسازي رفتار سينتيكي آنزيم گلوكز اكسيداز تثبيت شده در حامل كتيرا

Kinetic modeling the behavior of the enzyme glucose oxidase immobilized on a carrier tragacanth

آنزيم گلوكزاكسيداز از آنزيم‌هاي پر مصرف در صنعت است و در گروه اكسيدوردكتازها قرار دارد. آنزيم گلوكزاكسيداز كاتاليزور واكنش تبديل گلوكز به گلوكونيك اسيد و آب اكسيژنه است. در اين تحقيق، ابتدا آنزيم گلوكز اكسيداز، عملكرد و ساختمان آن، پليمر كتيرا، روشهاي تثبيت آنزيمي و روش‌هاي مختلف مدل‌سازي آماري معرفي شده است. براي بررسي فعاليت آنزيم گلوكز اكسيداز با استفاده از طراحي آزمايش‌ها (DOE) با روش پاسخ سطح (RSM)، از نتايج 19 آزمايش انجام شده در تحقيق قبلي استفاده شد. براي مدل‌سازي و بهينه‌سازي فعاليت آنزيمي از 3 متغير pH، دما و زمان تثبيت با استفاده از نرم‌افزار Design Expert استفاده شده است. سپس بر اساس مدلسازي آماري، تابعي براي ميزان فعاليت آنزيم گلوكز اكسيداز تثبيت‌ شده در حامل كتيرا بر حسب 3 متغير انتخابي ارائه شده است. بر طبق نتايج به دست آمده هر سه متغير مورد بررسي در فعاليت آنزيم گلوكز اكسيداز تثبيت‌ شده قوياً اثرگذار بوده‌اند و همچنين اثرات تداخلي آنها نيز تأثيرگذار بوده است. با استفاده از روش پاسخ سطح، بهينه‌سازي فعاليت آنزيمي انجام شد. شرايط بهينه براي بيشترين ميزان فعاليت آنزيم گلوكزاكسيداز در pH برابر 5/98، دماي 37 درجه سانتي‌گراد و مدت زمان تثبيت 28/33 دقيقه تعيين شد كه در اين حالت ماكزيمم ميزان فعاليت آنزيم گلوكزاكسيداز تثبيت‌شده به ميزان μmol/min 1116/2 به دست آمد. از طرفي مقايسه نتايج آزمايشگاهي و مدل نشان داد كه نتايج به دست آمده از مدل موجود با نتايج آزمايشگاهي سازگاري خوبي داشته است و براي اين تحقيق، متوسط خطا 2% محاسبه شده است.

The glucose-oxidase enzyme is widely used in industry. Glucose oxidase is an oxido-reductase enzyme that catalyses the oxidation of glucose to hydrogen peroxide and gluconic acid. In this study, the glucose oxidase enzyme, its structure and function, tragacanth polymer, different methods of enzyme immobilization and statistical modeling methods have been introduced. To investigate the enzyme activity of glucose oxidase using design of experiments (DOE) and response surface methodology (RSM), the results of 19 experiments, have been conducted in previous research, were used. For modeling and optimization of enzymatic activity, three variables of pH, temperature and immobilization time were selected and examined using the Design Expert software. Then, based on statistical modeling, a correlation was proposed that be able to determine the enzyme activity of the glucose oxidase. Using response surface methodology, maximum enzyme activity (1116.2 μmol/min) of the glucose oxidase was achieved at pH of 5.98, 37 ° C and 33.28 minutes. Finally we observed that our model results are accurately agreed with the experimental results.