Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
данном случае насыщение электрода связано с кинетикой не
электрохимической, а ферментативной реакции. В пользу этого вывода
говорит то, что найденное из данных рис. 12.14 (по отрезку, отсекаемому
на оси ординат) значение Кт. = 7,7 ммоль/дм-3 находится в хорошем
согласии с приведенными в литературе значениями Км, составляющими 13 [10]
и 13,1 ммоль/дм3 [23]. Если кинетика ферментативной реакции определяет
поведение электрода как в ненасыщенном, так и в насыщенном состоянии, то
КМЕ = Км. Следовательно, поведение этого ферментного электрода, для
которого скоростьопределяющей стадией всегда является ферментативная
реакция, существенно отличается от поведения глюкозооксидазного
электрода, для которого, напротив, ферментативная реакция никогда не
бывает лимитирующей стадией.
Преимущество хорошего электрода для окисления NADH заключается в том, что
при эффективном расходовании NADH на электроде его концентрация
уменьшается настолько, что можно исключить обратную реакцию,
ингибирование продуктом ферментативной реакции, и пренебречь вкладом
членов, содержащих j nj2,b уравнение
[ Сгплргп ], ммоль/дм5
Рис. 12.13. Изменение сигнала спиртового ферментного электрода с
увеличением концентрации этанола.
Амперо метрические ферментные электроды
171
Рис. 12.14. График, построенный но данным рис. 12.13 с помощью уравнения
(12.20).
^ 0,10
0,05
о 0,г 0,4 0,6 0,8 1,0
р
(12.13). По нашим оценкам при используемых плотностях тока концентрация
NADH в окружающей среде составляет всего 10 мкмоль/дм3. Присутствие
электрода, на котором окисляется NADH, способствует более полному
протеканию реакции. Высокое значение к' может компенсировать в уравнении
(12.13) малое значение KTD в знаменателях членов, характеризующих
ингибирование продуктом ферментативной реакции.
? о
? D ?
1 1 1 . 1 1
12.13. Выводы
Для обеспечения поведения ферментных электродов различных типов мы
успешно использовали зависимость у(р), описываемую уравнением (12.20).
При помощи этой
Рис. 12.15. Теоретические зависимости тока ферментного электрода от
концентрации субстрата для случая, когда функция электрода контролируется
скоростью диффузии субстрата через мембрану (1), кинетикой ферментативной
реакции (2) и кинетикой электрохимической реакции (3).
[ Субстрат] f
172
Глина 12
зависимости можно найти КМЕ и р0. Знания этих двух параметров, а также
величины Км для фермента во многих случаях достаточно для идентификации
скоростьопределяющей стадии для данного электрода. На рис. 12.15 показано
влияние концентрации субстрата на скорость его транспорта через мембрану,
ферментативной и электродной реакций. Анализ этих кривых йозволяет
охарактеризовать различные случаи, сведенные в табл. 12.4. При разработке
ферментных электродов такой анализ имеет принципиальное значение. Так, не
имеет смысла уделять много внимания выбору фермента или электрода, если
проблема заключается в мембране.
Благодарность
Выражаем глубокую благодарность нашим коллегам, докторам Н. П. Барлетт и
А. Е. Г. Гасс, М. Бикфорт, Б. Дж. Дрисколл и К. У. Сим, на чьи работы мы
ссылались в данной главе. Благодарим SERC, ВР, Лондонский университет и
Cenetics International за финансовую поддержку. Работа выполнена в
Imperial College Sensors Group.
ЛИТЕРАТУРА
1. Albery W.J. Electrode kinetics, p. 58. Oxford University Press,
Oxford, 1975.
2. Albery W.J., Bartlett P. N. An organic conductor electrode for the
oxidation of NADH. J. Chem.
Soc., Chem., Commun, 234-6 (1984).
3. Alberv W.J. Amperometric enzyme electrodes, Part I. Theory. J.
Electroanal. Chem., 194, 211-22
(1985).
4. Albery W.J., Hillman A. R. Electrode kinetics. Ann. Rep. Prog. Chem.,
Sect. C. 377-437 (1981).
5. Albery W.J. Transport and kinetics in modified electrodes. J.
Electroanal. Chem., 170, 27-49 (1984).
6. Albery W.J.. Knowles J. R. Evolution of enzyme function and the
development of catalytic efficiency. Biochemistry, 15, 5631 -40 (1976).
7. Albery W.J., Knowles J. R. Energetics of enzyme catalysis. Isotropic
experiments, enzyme conversion and oversaturation. J. Thcoret. Biol.,
124, 137- 71 (1987).
8. Albery W.J., Bartlett P. N.. Craston D.H. Amperometric enzyme
electrodes, Part II. Conducting organic salts as electrode materials for
oxidation of the glucose oxidase. J. Electroanal. Chem., 194, 223-35
(1985).
9. Albery W. J., Eddowes M. J., Hill H. A. O., Hillman A. R. Mechanism of
the reduction and oxidation reaction of cytochrome с at a modified gold
electrode. J. Am. Chem. Soc., 103, 3904-10 (1981).
10. Barman T.E. Enzyme handbook, vol. 1, p. 23. Springer Verlag, New
York, 1969.
11. Cardosi M. Ph. D. Thesis, Department of Biochemistry, Imperial
College, 1984.
12. Cass A. E.G., Davis G., Francis G.D., Hill H.A.O., Aston W.J.,
Higgins I. 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).
13. Cass A. E.G., Hill H. A. О., Higgins I. J-., Plotkin E. V., Turner A.
