Kemian alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa. Tilaisuutta voi seurata Joensuun kampuksella.
Mikä on väitöstutkimuksesi aihe? Miksi aihepiiriä on tärkeää tutkia?
Väitöstutkimuksessani selvitettiin epäspesifisten peroksigenaasien reaktiivisuutta ja selektiivisyyttä hiilivetyjä ja fenolisia yhdisteitä kohtaan. Epäspesifiset peroksigenaasit eli UPOt ovat monipuolisia entsyymejä, jotka pystyvät vetyperoksidin avulla hapettamaan satoja erilaisia yhdisteitä eli substraatteja. Näitä entsyymejä voitaisiin hyödyntää esimerkiksi kemikaalien tuotannossa ja teollisuuden sivuvirtojen arvon nostamisessa. UPO-entsyymien laajan substraattikirjon vuoksi tietyn entsyymin soveltuvuutta haluttuun reaktioon ei voida tietää ennalta, joten niiden aktiivisuutta eri yhdisteitä kohtaan täytyy selvittää kokeellisesti.
Entsyymitutkimuksen lisäksi työssä kehitettiin massaspektrometriaan perustuva menetelmä hiilivetypohjaisten polymeerien mittaamiseen. Hiilivetypohjaiset polymeerit (esim. polyeteeni) olisivat mielenkiintoisia substraatteja UPO-entsyymeille, koska niitä voisi mahdollisesti soveltaa muovijätteen kierrätyksessä. Näiden polymeerien analytiikkaa täytyy kuitenkin ensin kehittää, jotta entsymaattisia muutoksia voidaan havainnoida.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?
UPO-entsyymien substraattina tutkittiin ensin pieniä hiilivetyjä, joiden perusteella havaittiin, että näiden entsyymien selektiivisyys riippuu sekä substraatista, että entsyymin aktiivisen keskuksen rakenteesta. Entsyymien selektiivisyys oli kuitenkin matala kaikilla substraateilla, sillä tuotteena muodostui useampia eri yhdisteitä, ja monet primaariset tuotteet hapettuivat usein edelleen. Lisäksi UPOt kykenivät hapettamaan ligniinin malliyhdisteitä, kuten kahta ligniinidimeeriä, sekä anisolia ja sen eri hapetustuotteita.
Askorbiinihapon lisäyksellä reaktioseokseen voitiin estää joitain ei-haluttuja sivureaktiota ja kontrolloida siten tuotejakaumaa. Ligniinidimeerien havaittiin reagoivan lähinnä sidosten hajoamisen kautta, joista ligniinin yleisimmän sidostyypin, β-O-4 sidoksen, hajoaminen oli yleistä. Tämä antaa viitteitä UPO-entsyymien potentiaalista ligniinin hyödyntämistä koskevissa sovelluksissa.
Halogeenianioni-avusteisen normaali-ilmanpaineisen fotoionisaation (APPI) avulla pystyttiin väitöstyössä mittaamaan laaja kirjo erilaisia hiilivetypohjaisia polymeerejä. Työssä havaittiin, että menetelmä mahdollistaa polymeerien analyysin ilman niiden polymeeriketjujen pilkkoutumista tai hapettumista, jotka ovat usein olleet haasteena niiden massaspektrometrisissa tutkimuksissa. Kuitenkin vain yli 50 hiiliatomia sisältävät hiilivedyt ionisoituivat tehokkaasti käytetyllä menetelmällä.
Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?
Työssä tutkitut yhdisteet sisältävät teollisuuden kannalta mielenkiintoisia yhdisteitä, joita voitaisiin hyödyntää erilaisten alustakemikaalien tuotannossa UPO-entsyymien avulla. Lisäksi saadut tulokset ennustavat UPO-entsyymien aktiivisuutta ligniiniä ja sen hajoamistuotteita kohtaan, joten UPO-entsyymejä voitaisiin tulevaisuudessa mahdollisesti käyttää erilaisten teollisten sivuvirtojen jalostamisessa.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?
Väitöstutkimuksessa käytettiin sekä kaupallista UPO-paneelia että Teknologian Tutkimuskeskus VTT:n tuottamaa Agrocybe aegerita -sienen UPO-entsyymiä. Entsyymien katalysoimien reaktioiden tuotteita analysoitiin kaasukromatografia-massaspektrometrialla, ja tuotteet tunnistettiin vertaamalla kromatografisia retentioindeksejä ja yhdisteiden massaspektrejä saatavilla oleviin puhdasaineisiin tai yhdistetietokantojen tietoihin. Hiilivetyjen ja hiilivetypohjaisten polymeerien massaspektrometriset analyysit suoritettiin Kemian ja kestävän teknologian laitoksen korkean erotuskyvyn timsTOF-massaspektrometrilla. Yhdisteiden ionisaatioon sovellettiin APPI-menetelmää, käyttäen apuaineina dikloori-, dibromi- tai dijodimetaania, jolloin polymeerit muodostivat vastaavia halogeeniaddukteja, jotka voitiin edelleen mitata timsTOF-laitteistolla.
Väitöstutkimus liittyy Suomen Akatemian rahoittamiin ActiveCH ja Oxyfunc -projekteihin, joissa etsitään sopivia entsyymejä hiilivetypohjaisten materiaalien selektiivisiin oksifunktionalisointi-reaktioihin yhdessä Teknologian Tutkimuskeskus VTT:n kanssa.
FM Essi Rytkösen kemian alaan kuuluva väitöskirja Unspecific peroxygenases as catalysts for sustainable oxyfunctionalization of hydrocarbons and phenolics (Epäspesifiset peroksigenaasit katalyytteinä hiilivetyjen ja fenolien kestävään oksifunktionalisointiin) tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa, Joensuun kampuksella. Vastaväittäjänä toimii professori Henrik Grénman, Åbo Akademi, ja kustoksena professori Juha Rouvinen, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on suomi.
