Ферментативные электроды

Одним из новых перспективных направлений электрокатализа является биоэлектрокатализ — использование ферментов для ускорения электродных процессов. При введении фермента процессы окисления или восстановления электрохимически активного вещества осуществляются в основном на активном центре фермента, поскольку скорость ферментативного превращения существенно выше, чем электрохимического. Передача электронов с активного центра на электрод или с электрода на активный центр может быть осуществлена далее двумя принципиально разными путями [c.265]

Монометрические датчики на основе ферментов отличаются высокой селективностью, обусловленной уникальной специфичностью ферментов по отношению к ферментативной реакции и к субстрату. Каждый фермент катализирует лишь определенный тип реакции. Поэтому создание ферментных электродов откры- [c.57]

Например, при создании ферментативного электрода и модельного ферментативного реактора [127] использован аналог NAD+, присоединенный к водорастворимому декстрановому полимеру. Очевидны возможности приложения достижений в этой области для медицины. [c.260]

В настоящее время в ферментных электродах в качестве электрохимических датчиков применяют платиновые, серебряные, графитовые, различные ионоселективные и газочувствительные электроды. При контакте фермента с исследуемым веществом в приэлектродном слое происходит ферментативная реакция. Если продукт этой реакции (иногда определяемое вещество) электрохимически активен, то по изменению потенциала (или тока) электрода можно судить о количестве определяемого вещества. Классический потенциометрический ферментный электрод представляет собой комбинацию ионоселективного электрода с ферментом, который обеспечивает селективность и чувствительность определений конкретного субстрата. [c.214]

В работах [48, 58] продемонстрирована принципиальная возможность создания пористых газодиффузионных ферментативных электродов. Как известно, угольные электроды инертны в электрохимической реакции окисления водорода. Процесс ионизации водорода на угольных электродах протекает с большим перенапряжением. Исследование системы водород — гидрогеназа— медиатор — угольный электрод показало, что в этой системе удается осуществить окисление молекулярного водорода в условиях, близких к равновесным. [c.78]

Использование ферментного электрода не ограничивается определением продуктов ферментативной реакции. В принципе возможно определение любого вещества, участвующего в этой реакции, в том числе и активности самого фермента, концентраций активаторов и ингибиторов и т.д. [c.58]

В одной из конструкций ферментного электрода для определения глюкозы в качестве чувствительного элемента применяют стеклянный рН-электрод, регистрирующий изменение концентрации глюконовой кислоты, образующейся в результате ферментативной реакции [c.216]

Основы потенциометрии были разработаны в конце Х1Х-го века, после того, как Нернст вывел уравнение (4.И), связывающее величину равновесного потенциала электрода с концентрацией (активностью) компонентов в растворе. Вскоре потенциометрию стали применять в аналитической химии, и в 1893 г. Беренд провел первое потенциометрическое титрование. В настоящее время наиболее важной областью применения потенциометрии является ионометрия, которая объединяет методы прямого определения концентрации или активности ионов в различных средах с использованием ионоселективных электродов (ИСЭ). К ионометрии относятся рН-метрия и сравнительно новые методы - катионометрия, анионометрия и методы анализа, основанные на использовании ферментных электродов. Последние сочетают в себе селективность и чувствительность ферментативных методов со скоростью и простотой измерений с помощью ИСЭ. [c.172]

Разработаны самые разные ферментные электроды. Они различаются по характеру ферментативной реакции, по природе суб-214 [c.214]

В табл. 6,6 приведены характеристики некоторых потенциометрических ферментных электродов. Среди них наибольщее распространение получили электроды для определения мочевины (диагностический показатель функции печени). В качестве базового электрода применяют стеклянный электрод, чувствительный к ионам аммония. Уреазу закрепляют на поверхности электрода нанесением слоя полиакриламидного геля, содержащего фермент, или с помощью целлофановой мембраны. Слой геля удерживается на поверхности с помощью нейлоновой сетки. Если такой электрод опустить в раствор, содержащий мочевину, то она диффундирует в слой фермента, в котором происходит ферментативный гидролиз мочевины с образованием ионов аммония в результате протекания реакции [c.215]

Применяются самые разнообразные физические трансдьюсеры электрохимические, оптические, термические, пьезоэлекфические, акустические и т.д. В настоящее время наиболее широко используются биосенсоры с электрохимическими преобразователями. Одни из них представляют собой специальный электрод, на который нанесен слой биоматериала, а другие регистрируют ток электрохимической реакции одного из участников ферментативного процесса на поверхности электрода. Первые относятся к потенциометрическим сенсорам, а вторые - к амперометрическим. Функционально биосенсоры сопоставимы с биорецепторами, которые преобразуют реакцию живых организмов на воздействие окружающей среды в электрические сигналы [c.292]

Для приготовления сред № 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 15, 16 применяют ферментативный гидролизат биомассы микроорганиз- MOB без оболочек. Методика приготовления состоит в следующем 5 г сухого ферментативного гидролизата размешивают в 1 л дистиллированной воды, прибавляют агар-агар, расплавленный в открытом котле или автоклаве текучим паром или поД давлением 0,05 МПа и температуре (111 1)°С в течени 30 мин. В случае необходимости в среду прибавляют соли в коли честве, указанном в прописи сред pH сред определяют потенцио- метрически со стеклянными электродами или колориметрически. Реакцию среды (pH) корригируют хлористоводородной кислото или раствором едкого натрия. [c.220]

Конструктивно потенциометрические ферментные редокс-электроды весьма просты. Однако в системах, в которых в реакцию вступает большое количество субстрата, могут возникнуть проблемы, связанные с загрязнением поверхности электрода продуктами ферментативной реакции и отсутствием механизма регенерации фермента. Величина сигнала зависит также от способа предварительной обработки поверхности электрода. Вероятно, потребуются значительные усилия ученых и специалистов, прежде чем ферментные редокс-электроды можно будет рекомендовать для использования в практических целях. [c.217]

В других электродах основным элементом конструкции является тонкий слой биологической ткани, прикрепленной к поверхности индикаторного электрода. В результате ферментативной реакции, протекающей в ткани, выделяются продукты, регистрируемые электродом. Так, в электроде для определения глутамина используется тонкий срез ( 0,05 мм) свиной печени, а в электроде, чувствительном к аденозинмонофосфату - слой мышечной ткани кролика. Индикаторным электродом в обоих случаях служит аммиачный газочувствительный электрод. Однако для таких электродов характерно медленное достижение равновесия. [c.217]

В тех случаях, когда продукты или субстраты ферментативной реакции не активны, применяют электроды с двумя или несколькими иммобилизованными ферментами, которые последовательно 502 [c.502]

Примером использования субстрат-специфичного мембранного электрода является определение мочевины с помощью чувствительного к ионам аммония стеклянного электрода в качестве ИСЭ. Ферментативная реакция основана на гидролизе мочевины в присутствии фермента уреазы [c.499]

Возможности исследования реакций с помощью спектротитрографа расширяются еще больше, если в качестве датчиков использовать субстратспецпфичные электроды (их иногда называют ферментативными электродами), [c.285]

Все большее значение приобретает определение аминокислот с помощью ферментативных электродов [197 — 200], в которых стереоселек-тивное расщепление катализируется иммобилизованными ферментами например, в случае оксидазного электрода, специфичного к ь-аминокислотам, расщепление протекает по схеме [c.67]

На рис. 7.1 показано изменение тока ферментативного электрода во времени. Добавленный в буферный раствор этанол диффундирует в слой химически связанной алкогольоксидазы и под действием растворенного кислорода превращается к перекись водорода и ацетальдегид. [c.89]

В т. н. безреагентных методах Ф. а. примен. иммобилизованные ферменты (см. Ферментативный катализ). Использ., напр., ферментные электроды — электрохим. датчики, на чувствит. элемент к-рых нанесен иммобилизов. фермент. Такие электроды обладают высокой избирательностью и позволяют проводить быстрый (десятки анализов в час) автоматич. анализ многокомпонентных систем. С пх помО[цью определяют i-люкозу, холестерин, мочевину, мочевую к ту, сиирты, аминокислоты, ионы Си + и др. в-ва, концентрации к-рых варьируют от 0,05 мкг/мл до 1 мг/мл. ф Б е р е 3 и и И. В., К л е с о в А. А., Журнал аналитической химии , 1976, т, 31, в. 4, с. 786 — 800 их же, Успехи химии , 1976, т. 45, в, 2, с. 180-201. А. А. Клесов. [c.617]

Для получения ферментативных электродов проводят химическое модифицирование поверхности электрода, которое включает обработку ее органофункциональными силанами, например 3-аминопропил- и [c.474]

Вторая фуппа холинэстеразных биосенсоров представляет собой амперометрические датчики. Индикаторной реакцией, генерирующей аналитический сигнал, является электрохимическое окисление или восстановление продуктов ферментативного гидролиза на поверхности электрода Данные биосенсоры отличаются быстродействием (время измерения 12-15 с) и более высокой чувствительностью по сравнению с потенциометрическими устройствами. При этом обеспечивается постоянство отклика в широком диапазоне концентраций определяемых компонеигов. [c.293]

Ферментные (энзимные) электроды представляют собой электродные устройства (ионометрические датчики), позволяющие определять концентрации веществ, участвующих в ферментативных реакциях. Для этой цепи на чувствительный элемент ионоселективного электрода или на специальный носитель, расположенный на некотором расстоянии от него, наносят спой, содержащий фермент. Обычно фермент применяют в иммобилизированном состоянии, используя один иэ методов иммобилизации ковалентное связывание с поверхностью электрода, внедрение фермента в сетку геля или полимера, ковалентную сшИвку молекул фермента между собой с помощью соответствующего полифунк-ционального реагента, [c.57]

Определение константы скорости инактивации фермента ротено-ном. Выделяют препарат Кейлина—Хартри, Кювету рН-метра (объ-<емом 4,5 мл) заполняют средой измерения активности (п. 2) и добавляют НАДН до конечной концентрации в кювете, равной 1 мМ. В кювету погружают отмытый рН-электрод, через 2—3 мин вносят 50 мкл суспензии Кейлина—Хартри ( — 25 мг/мл) и регистрируют изменение pH в ходе НАДН-оксидазной реакции. По ходу реакции в кювету вносят ротенон (0,1 мкМ) и наблюдают ингибирование ферментативной активности, связанное с образованием каталитически неактивного комплекса фермент-ротенон. Внося ингибитор в различных концентрациях (0,025 0,05 0,075 0,1 0, 5 мкМ), определяют зависимость скорости инактивации от концентрации ротенона и рассчитывают величину константы второго порядка скорости инактивации фермента ингибитором. [c.441]

Выделяют митохондрии из печени крысы. В кювету рН-метра наливают 4,5 мл среды измерения активности (п. 2) и погружают отмытый рН-электрод. Через 2—3 мин в кювету вносят 20—50 мкл суспензии митохондрий (2—4 мг) белка. Убеждаются в том, что нативные митохондрии не катализируют реакцию гидролиза АТФ в отсутствие разобщителя. Через 1 мин после внесения митохондрий в кювету добавляют динитрофенол до конечной концентрации, равной 0,1 мМ. Внесение разобщителя приводит к снятию трансмембранного электрохимического потенциала ионов водорода и активации реакции гидролиза АТФ. Измерение повторяют, в кювету после добавления митохондрий вместо динитрофенола вносят детергент тритон Х-100 до конечной концентрации 0,1%- Наблюдают, как и в случае динитрофенола, стимуляцию реакции. Выбирают концентрацию тритона (в интервале от 0,02 до 2%) дегя проявления максимальной ферментативной активности. [c.460]

В хим. системах неустойчивости могут возникать а результате ускорения р-ции ее продуктами или др. видов автокатализа, субстратного или перекрестного ингибирования (см. Ингибиторы), конкуренции исходных в-в за промежут. соед. и т.п. В неизотермич. системах причиной неустойчивости может служить самоускорение экзотермич. стадий р-ции, а в электрохим. р-циях экспоненциальная зависимость скорости р-ции от поляризации электродов. Появление простейших неустойчивостей и соответствующих кинетич. состояний системы удобно пояснить на примере ферментативной р-ции с двумя [c.428]

Амперометрич. ферментные электроды обычно применяют в случае ферментативных р-ций, протекающих с вьщелением или потреблением О2 или Н2О2. Используют при этом О2- или Н202-чувствительные электроды. Амперометрич. детекторы отличаются от потенциометрических более широким диапа- [c.79]

Как упомянуто выше, баланс между ферментативным и буферным равновесиями вносит вклад в измеряемый сигнал. Теоретическая кинетическая людель, зачитывающая все эти связанные явления, предсказывает стационарный отклик феркюнтного рН-сенсора [7,8-41] существование нернстовского наклона не предсказано и не имеет такого значения, как для нон-селективных электродов, выполняющих прямое измерение ионного транспорта. [c.544]

Предложены электроды для огфеделения суммы некоторых аминокислот (тирозин, фенилаланин, триптофан, метионин) в крови, поскольку их содержание является важным диагностическим показателем в клинических анализах. Такие датчики представляют собой катионоселективный электрод, чувствительный к образующимся при ферментативном окислении ионам аммония, на котором иммобилизован слой Ь-аминокислотной оксидазы из змеиного яда. Датчики другого типа регистрируют уменьшение активности ио-дид-ионов на поверхности электрода в результате реакций [c.216]

Биораспознающий компонент биосенсора—это белок, макромолекула или комплекс со специфической поверхностью или внутренними распознающими центрами, необходимый для распознавания определяемого вещества. Компонент обусловливает селективность по отношению к определяемому веществу и передает сигнал на преобразователь. Тип реакции, катализируемой фермен> том, определяет выбор преобразователя. Определяемое вещество, а значит, и доступньк методы преобразования обусловливают природу биораспознающего компонента. Рассмотрим два примера, в которых фермент используют для создания сенсора на субстрат этого фермента. На схеме 7.8-1 ферментативная реакция включает перенос злектрона таким образом, для определения холестерина можно использовать в качестве преобразователя амперометрический электрохимический сенсор. Схема 7.8-2 включает изменение [Н+1 следовательно, контроль превращения ацетилхолина возможен с помощью рН-электрода или рН-чувствительного красителя в оптическом приборе. Другие ферменты можно использовать в случае реакций гидролиза, этерификации, расщепления и т. д. определяемое вещество обычно является субстратом фермента. (Как можно провести анализ, если вы не смогли найти подходящую ферментативную реакцию с участием определяемого вещества, ио знаете, что оно является иигибитором ферментативной реакции ) [c.519]

Ток. измеряемый на электроде лри лотенциостатическом контроле, можно связать с кинетикой ферментативной реакции. [c.532]

Существуют также многие NAD-дегидрогеназы, для которых ферментативная реакция протекает в обратном направлении, приводя, таким образом, к образованию NAD . В случае биосенсора сигнал получали бы за счет восстановления NAD" ". Восстановление NAD+ на электроде имеет тенденцию к образованию (путем радикальной полимеризации) димеров, а не восстановленного кофактора NADH. Эти димеры адсорбируются на поверхности электрода, что делает NAD+ вепригодным для исиользования в качестве компонента биосенсора. [c.540]

Алмазные электроды примендагись для определения и других биологически значимых соединений — например, никотинамидаденинди-нуклеотида (НАДН), гистамина и серотонина [236-239]. Реакция с участием НАДН может бьггь использована при разработке ферментативного датчика этанола последний в присутствии фермента дегидрогеназы (иммобилизованной на нейлоновой ткани, пропитанной раствором) и НАД окисляется до альдегида, а образующийся продукт — НАДН — определяется на алмазном электроде. [c.70]

Предложено также несколько конструкций ферментативных датчиков глюкозы с алмазными электродами. Для проведения электрохимической реакции фермент глюкозоксвдазу иммобилизовали либо на поверхности собственно алмазного электрода, либо на частицах металла (Pt), напыленного на алмаз [240, 241]. В другом варианте датчика (без применения фермента) глюкоза непосредственно окислялась на алмазном аноде, модифицированном частицами металлов (Си, Ni) [242]. [c.70]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология