Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
приобретает электроны за счет восстановления кислорода до воды. Скорость
этой реакции возрастает в присутствии второго медиаторного редокс-белка,
азурина или цитохрома с551 (табл. 14.3). Эти данные хорошо согласуются с
результатами, полученными методом остановленной струи [21]. В табл. 14.3
приведены также константы скорости реакции цитохрома с с СО-
оксидоредуктазой [2] и лактат-дегидрогеназой, флавоцитохромом Ь2 [8].
Циклическую вольтамперометрию применяют и для качественного изучения
сопряженных реакций с участием нескольких ферментов. Например, окисление
лактата NAD-зависимой лактатдегидрогеназой может быть сопряжено
электрохимически через систему липоамиддегидрогеназа - ферроцен, а для
детектирования изоцитрата можно
Ферментативные реакции в медиаторпых биосенсорах 209
Таблица 14.3. Определенные электрохимически сердца лошади при pH 7,0 и
293 К константы скорости реакций с цитохромом с из
Редокс-белок /с,'10~5, Л'МОЛЬ-1 "С-1
Азурин 0,1
Цитохром с551 0,2
СО-оксидоредуктаза 0,3
Флавоцитохром Ь2 50
использовать NADH-зависимую изоцитрат дегидрогеназу, сопряженную с
системой глютатионредуктаза - ферроцен [7] (табл. 14.1).
14.4. Амперометрические биосенсоры
Все рассмотренные выше электрохимически сопряженные ферментативные
реакции могут быть использованы для разработки медиаторных
амперометрических биосенсоров. Кроме того, изучение такого переносчика
электронов, как белок цитохром с, показывает, что нет необходимости
ограничивать круг медиаторов синтетическими редокс-соединениями.
Практическая ценность постояннотоковой циклической вольтамперометрии при
выборе подходящего медиатора для амперометрического биосенсора
продемонстрирована в работе Касса и др. [9]. Исходя из представленных в
табл. 14.2 данных, для I глюкозного сенсора, предназначенного для анализа
цельной крови, выбран 1,1-диме-I тилферроцен. Чтобы свести к минимуму
побочную реакцию глюкозооксидазы с кисло-I родом, в биосенсор ввели
значительный избыток ферроцена. В таких системах важно, I чтобы медиатор
имел низкую растворимость в водном растворе. Это ограничивает I круг
используемых конструкций лишь сенсорами на основе пористых углеродных \
материалов. Кроме того, окислительно-восстановительный потенциал
медиатора дол-\ жен быть настолько низким, чтобы при рабочем потенциале
сенсора не мешали | мочевая кислота и другие электроактивные компоненты
цельной крови. В этом [ отношении производные ферроцена особенно удобны,
так как их растворимость [ и окислительно-восстановительные потенциалы
можно контролировать введением [ различных заместителей в пентадиениловые
кольца [13, 19].
| Помимо анализа крови больных диабетом глюкозный биосенсор можно
использовать для определения скорости реакций в растворе, например для
оценки активности креатинкиназы [17]. Разработаны и другие
амперометрические биосенсоры, где ферроцен используется в качестве
медиатора. В частности, на основе реакций, приведенных в табл. 14.1,
созданы сенсоры спиртов [1], оксида углерода [2], гликолята, L-амино-
кислот и галактозы [14].
ЛИТЕРАТУРА
1. Aston W J., Ashby R. Е., Scott L. D. L., Turner A. P. F. Enzyme based
methanol sensor. In Change and field effects in biosystems (eds. M. J.
Allen, P. N. R. Usherwood), pp. 491-8. Abacus Pres, Turnbridge, 1984.
2. Aston W.J., BellJ., Colby J., Davis G., Higgins I.J., HillH.A.O.,
Turner A. P. F. CO: Acceptor oxidoreductase from Pseudomonas
thermocarboxydovorans strain C2 and its use in a carbon monoxide sensor.
Anal. Chim. Acta, 163, 161-74 (1984).
3. Bard A. J. Chemical modification of electrodes. J. Chem. Ed., 60, 302-
4 (1983).
4. Bard A.J., Faulkner L. R. Electrochemical methods: fundamentals and
applications. John Wiley, New York, 1980.
14 1145
210
Глава 14
5. Bright W.H., Porter D.J. T. Flavoprotein oxidases. In The enzymes (ed.
P. D. Boyer), vol. 12B, pp. 421-505. Academic Press, New York, 1975.
6. Carr P. W., Bowers L.D. Immobilized enzymes in analytical and clinical
chemistry. John Wiley, New York, 1980.
7. Cass A. E. G., Davis G., Green M. J., Hill H. A. O. Ferrocene
monocarboxylic acid as an electron acceptor for oxidoreductases. J.
Electroanal. Chem., 190, 117-27 (1985).
8. Cass A. E. G., Hill H. A. 0., Nancarrow D. J. Reaction of
flavocytochrome b2 with cytochrome с and ferrocene monocarboxylic acid:
Comparative kinetics by cyclic voltammetry and chronoamperometry.-
Biochim. Biophys. Acta, 828, 51-7 (1985).
9. Cass A. E.G., Francis G" Hill H.A.O., Higgins I. J., Aston W.J.,
Plotkin E.V., Scott L.D. L" Turner A. P. F. Ferrocene mediated enzyme
electrode for amperometric determination of glucose. Anal. Chem., 56,
667-71 (1984).
10. Davis G. Studies in applied bioelectrochemistry. D. Phil. Thesis,
University of Oxford, 1984.
11. Davis G., Aston W.J., Higgins I..J., Hill H.A.O., Turner A. P. F.
Bioelectrochemical fuel cell and sensor based on quinoprotein, alcohol
dehydrogenase. Enzyme Microb. Tech., 5, 383-8 (1983).
