MEDIJATORI PRIJENOSA ELEKTRONA

Transcript

1 MEDIJATORI PRIJENOSA ELEKTRONA redoks centar nalazi se u dubini proteinskog lanca - nema električnog kontakta između redoks centra i površine elektrode - tanki proteinski lanac stvara kinetičku barijeru prijelazu elektrona (tuneliranju elektrona)

2 Marcusova- teorija o prijenosu elektrona Marcusova teorija prijelaz elektrona u biološkim sustavima G, λ slobodna energija i energija reorganizacije elektronskog prijelaza (ev) d o, d- Wan der Walaesov razmak između donorskog i akceptorskog centra elektrona (Á) k et - (electron-transfer rate constant) konstanta prijelaza elektrona (M -1 s -1 ) β -konstanta razmaka propadanja (Á -1 ) 0.4 < β<1.3 Á -1 koeficijent proporcionalnost = 10 13

3 Konstanta prijelaza elektrona ovisi o : Standardnom redukcijskom potencijalu medijatora ph vrijednosti Ionskoj jakosti otopine Utjecaju interferenata Elektrostatskim interakcijama (međudjelovanje) reaktanta, medijatora i enzima. Kod biosenzora se zahtjevaju visoke konstante prijelaza elektrona za elektronsko tuneliranje od 8-17Á, k et 1 do 10 4 M -1 s -1

4 SVOJSTVA MEDIJATORA ELEKTRONA DOBRA TOPLJIVOST U VODENIM I NEVODENIM OTAPALIMA REVERZIBILNO ELEKTROKEMIJSKO PONAŠANJE KEMIJSKA STABILNOST OKSIDACIJSKOG I REDUKCIJSKOG OBLIKA MEDIJATORA NISKI REDUKCIJSKI REDOKS POTENCIJAL-SPREČAVANJE OKSIDACIJE POTENCIJALNIH INTERFERENATA KEMIJSKA INAKTIVNOST PREMA SUPSTRATU AKTIVAN U ŠIROKOM ph PODRUČJU NEOSJETLJIVOST NA PROMJENE IONSKE JAKOSTI OTOPINA EFIKASNA I BRZA REAKCIJA S ENZIMSKIM REDOKS CENTROM EFIKASNO PRIMANJE I PREDAJA ELEKTRONA NA ELEKTRODNOJ POVRŠINI

5 REDOKS POTENCIJAL MEDIJATORA ELEKTRONA OKSIDACIJSKA BIOKATALIZA E 0 > MEDIJATORA E0 ENZIMA REDUKCIJSKA BIOKATALIZA E 0 < MEDIJATORA E0 ENZIMA

6

7 PRIMJENA MEDIJATORA ELEKTRONA U IZVEDBAMA BIOSENZORA Direktni kontakt površine elektrode i enzimskog redoks centra - biosenzori bez medijatora elektrona Elektronski prijenos elektrona ostvaren difuzijom medijatora Koimobilizacija enzima i medijatora u polimernom sloju i unutar anorganske matrice Električki kontatk enzima i medijatora unutar solgel matrice Električki kontatk enzima i medijatora unutar grafitne paste

8 Direktni kontakt površine elektrode i enzimskog redoks centra - biosenzori bez medijatora elektrona elektroredukcija O 2 i H 2 O 2 biokatalizirana lakazom i peroksidazom

9 Biokataliza s peroksidazom kao direktnim prijenosnikom elektrona ENZIM: - peroksidaza - citokrom c peroksidaza - laktoperoksidaza - kloroperoksidaza Osnovno svojstvo: 42% površine enzima leži na površini elektrode, HEM je u kontaktu s elektrodom

10

11 MOLEKULARNI KISIK: kisik služi kao elektron akceptor za oksidaciju supstrata Radijus GO = 43 Á nemoguć direktan kontakt s površinom elektrode Upotreba biosenzori s enzimima: glukoza oksidaza laktat oksidaza alkohol oksidaza kolesterol oksidaza ksantin oksidaza katehol oksidaza

12 Reakcije s oksidazom i O 2 Mjeri se: -smanjenje koncentracije kisika u uzorku redukcija ili oksidacija vodikovog peroksida direktni kontakt redoks centra enzima i površine elektrode može se ostvariti vodljivim nanočesticamanajnovije izvedbe biosenzora

13 BIENZIMSKI SUSTAV PEROKSIDAZA-OKSIDAZA -direktni kontakt HRP s elektrodom Poznati biosenzori: peroksidaza + glukoza oksidaza alkohol oksidaza amino kiselina oksidaza kolin oksidaza

14

15

16 ELEKTROKEMIJSKI INAKTIVNI SPOJEVI MALE MOLEKULARNE MASE Promotori: vezivanje redoks centra enzima (citokrom c) i površine elektrode - vežu se na površinu elektrode - tiolima - disulfidnim skupinama - amino kiselinama - imidazolima - jodidom - tiofenom

17 ELEKTRONSKI TRANSFER OSTVAREN DUFUZIJOM MEDIJATORA Medijator difundira od redoks centra do elektrode medijator je otopljen unutar enzimskog sloja imobiliziran u monosloju ili multi sloju na elektrodi uklopljen u poroznoj matrici Funkcionalnost biosenzora: - postiže se odabirom hidrofobih/hidrofilnih svojstava medijatora i enzima

18 Difuzijski medijatori elektrona u biosenzorima Feroceni Organske boje Heksacianoferati Ru-kompleksi Ostali

19 FEROCEN Diciklopentadienilželjezo Kordinacijski broj 2 (10 veza) Fe

20 Enzyme Glucose oxidase EC from Aspergillus niger Mediator 1,4-benzoquinone 1,1-dimethylferrocene ferrocene carboxylic acid phenazine methosulphate tetrathiofulvalene Mediator redox potential / mv (vs. SCE) Xanthine oxidase EC from buttermilk Cholesterol oxidase EC from Pseudomonas sp. Hydrogen hydrogenase EC Peroxidase EC from horseradish Lactate dehydrogenase (cyt.b 2 ) EC from yeast Glucose dehydrogenase EC from A. Calcoaceticus NADH dehydrogenase EC from Bacillus stearothermophilus tetracyanoquinodimethane 127 [Fe(CN) 6 ] ferrocene carboxylic acid 275 dimethylviologen 681 [Fe(CN) 6 ] [Fe(CN) 6 ] ,1 -dimethylferrocene 100 phenazine ethosulfate -172 ferrocenylmethanol 185 ferrocenecarboxylic acid

21 Feroceni - difuzijski medijatori elektrona

22

23 Enzimi imobilizirani u anorganskim i polimernim matricama Vodljivi polimeri (polipirol)-direktan kontakt redoks centra i elektrode-slabo osjetljivi senzori Dodatak difuzijskog medijatora- pospješuje elektronsku komunikaciju Sol-gel imobilizacije Efikasnost difuzijskog medijatora limitirana ispiranjem iz imobiliziranog sloja- polimerna poroznnost Najčešći medijatori: benzokinon, hidrokinonsulfonat, feroceni, heksacianoferati

24 Koimobilizacija enzima i medijatora u polimernom sloju i unutar anorganske matrice Električka veza: ostvaruje se koimobilizacijom enzima i medijatora najčešće: ionskoizmjenjivačko svojstvo polipirola i fercenova karboksilata

25 Električki kontatk enzima i medijatora unutar sol-gel matrice

26 Električki kontakt enzima i medijatora unutar grafitne paste najčešči medijatori: -feroceni -benzokinon -tetratiofulven -kobalt ftalocianin -metilensko zeleno - bakrov heksacianoferat

27 ELEKTRIČKI KONTAKT MEDIJATOROM FUNKCIONALIZIRANE ELEKTRODE

28 ELEKTRIČKI KONTAKT MEDIJATOROM MODIFICIRANOG ENZIMA