Электрополимеризованные азины и флавины - катализаторы регенерации пиридиннуклеотидов

• Автор: Иванова, Юлия Николаевна
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Электрохимическая регенерация кофакторов НАДНАДН.

1.1.1. Электрохимическое восстановление НАД.

1.1.2. Прямое электрохимическое окисление НАДН на немодифицированных ЭЛЕКТРОДАХ.

1.1.3. ЭЛЕКТРОКАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ НАДН НА ХИМИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОДАХ.

1.1.4. КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ НАДН НА ЭЛЕКТРОДАХ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРАМИ.

1.1.5. Кинетика и механизм реакций.

1.1.6. НАДНоксидазные электроды.

1.1.7. Амперометрические биосенсоры, с использованием НАДФ зависимых дегидрогеназ.

1.2. Проводящие полимеры.

1.2.1. Классификация проводящих полимеров.
1.2.2. Проводящие полимеры.
1.2.2.1. Механизм проводимости.
1.2.3. Редокс полимеры.
1.2.3.1. Перенос заряда в редоксполимерах.
1.2.4. Синтез проводящих полимеров.
1.2.5. Использование проводящих полимеров.
1.2.5.1. Химические источники тока
1.2.5.2. Электрокаталитические системы.
1.2.5.3. Управляемые оптические устройства
. ПОЛИМЕРНЫЕ АЗИНЫ КАК ЭЛЕКТРОКАТАЛИЗАТОРЫ РЕГЕНЕРАЦИИ НАДТНАДН.
1.3.1. Электрополимеризация феназиновых краситей.
1.3.2. Ферментные электроды, основанные на регенерации НАДТНАДН с использованием полимерных феназиновых красителей.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
2.1. Материалы.
2.2. Оборудование.
2.2.1. Электроды
2.2.2. Электрохимические измерения.
2.2.3. Гидродинамические измерения.
2.3. Электрохимические методы.
2.3.1. Электрополимеризация флавинов.
2.3.2. Электрополимеризация Нейтрального Красного.
2.3.3. Исследование реакций регенерации пиридиннуклеотидов на электродах, модифицированных полимерными пленками.
2.3.3.1. Потенциостатические исследования электрокаталитической реакции регенерации пиридиннуклеотидов.
2.3.3.2. Потенциодинамические исследования электрокаталитической реакции регенерации пиридиннуклеотидов.
2.4. Импедансные спектры.
2.5. Ферментные электроды.
2.5.1. Ферментный электрод для определения малата.
2.5.1.1. Экспонирование малатдегидрогеназы с органическую среду.
2.5.1.2. Приготовление ферментного электрода.
2.5.1.3. Амперометрические измерения отклика ферментного электрода.
2.5.2. Ферментный электрод для определения формиата.
2.5.2.1. Приготовчение ферментного электрода.
2.5.2.2. Амперометрические измерения отклика ферментного электрода.
2.5.3. Ферментный электрод для определения ацетальдегида.
2.5.3.1. Приготовчение ферментного электрода.
2.5.3.2. Амперометрические измерения отклика ферментного электрода.
2.6. Гидродинамические методы
2.6.1. Амперометрические измерения в режиме непрерывного потока электрод.
2.6.2. Проточноинжекционные измерения.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ.
3.1. Электрохимическая полимеризация флавинов
3.1.1. Влияние толщины пленки.
3.1.2. Влияние фонового электролита.
3.1.3. Гальваностатическая полимеризация
3.2. Электрохимические свойства полимерных флавинов.
3.2.1. Кинетика переноса электрона.
3.2.2. Зависимость от
3.2.3. Импедансная спектроскопия полифлавин модифицированных электродов.
3.3. Электрокаталитическое окисление НАДН на электродах, модифицированных полифлавинами
3.3.1. Проточноинжекционный анализ реакции окисления НАДН.
3.3.2. ПОТЕНЦИОДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ.
3.3.3. Амперометрические измерения в режиме непрерывного потока электрод.
3.3.4. Оценка верхнего предела электрохимической константы.
3.3.5. Стабильность полиФАД модифицированных электродов.
3.3.6. Операционная стабильность.
3.3.7. Ферментные электроды.
3.4. Электрокаталитическая регенерация НАД4НАДН на электродах, модифицированных полимерным Нейтральным Красным.
3.4.1. Полимеризация Нейтрального Красного.
3.4.2. Электрокаталитическая регенерация НАД4НАДН.
3.4.3. Оптимизация параметров полимеризации.
3.4.3.1. Варьирование анодного предела полимеризации НК на стеклоуглеродном электроде.
3.4.3.2. Влияние толщины пленки полиНК на эффективность электрокатачитического восстановления НАД.
3.4.4. Оптимизация условий проведения реакции электрокаталитического восстановления НАД4 на полиНК электродах.
3.4.5. Ферментный электрод.
3.4.6. Равновесный потенциал НАДНАДН на полиНК модифицированных электродах.
ВЫВ9ДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


НАД без промежуточного образования радикала и организовать диффузионные затруднения для самого пиридиннуклеотида. Замедления димеризации удалось добиться путем пришивки НАД4 к водорастворимым полимерам. В этом случае оказалось, что радикалы быстрее восстанавливаются, чем димеризуются 4, 5. Кроме того, исследователи вначале пытались подавить первую стадию восстановления НАД, приводящую к образованию радикала. Действительно, при электролизе НАД на ртутных электродах, покрытых холестеринолеатом, первая волна восстановления в значительной степени подавляется 4. Эго происходит в результате того, что холестеринолсат при температуре гС находится в жидкокристаллическом состоянии, образуя мембрану на поверхности ртутной капли. Однако более практичным следует признать электрокаталигическое восстановление НАД. Наиболее известной системой каталитического электровосстановления НАД, является бипиридильные комплексы родия рис. Степень окисления атома металла меняется от одного до трех, минуя степень окисления два. НАДН, образующийся в результате двухэлектронного восстановления, как указывают авторы, по крайней мере, на ферментативно активен 6. Рис. Схема работы сенсора на основе бипиридильных комплексов родия, где ЬАБН алкогольдегидрогеназа, выделенная из печени лошади. Указанная система, тем не менее, не лишена недостатков. Вопервых, используемый медиатор, как и пиридиннуклеотид, находится в объеме раствора. Попытки иммобилизации кофактора приводят к проблемам, связанным с низкой стабильностью характерным и для медиаторов реакции окисления НАДН, см. Прямое электрохимическое окисление НАДН на нсмодифицированных электродах. Прямая электрохимическая регенерация пиридиннуклеотидов на платиновых и углеродных электродах сопряжена с рядом трудностей. НАДУНАДН имеет наиболее низкий редокс потенциал из всех низкомолекулярных переносчиков электронов, встречающихся у аэробных организмов. Стандартный потенциал пары НАДНАДН равен 0. В СКЭ, 7. Электрохимическое окисление восстановленных коферментов в водных растворах было детально изучено. Блаедель и Дженкинс i методом стационарной вольтамперометрии получили ярко выраженные амперометрические кривые окисления НАДН на вращающихся электродах, изготовленных из стеклоуглерода и платины 9. Одноэлектроннос окисление НАДН на стеклоуглеродных электродах протекает необратимо. Потенциалы полуволны изменяются от 0. В до 0. В и зависят от скорости вращения дискового электрода. Это соответствует перенапряжению более 1 В. При непосредственном редокс превращении пиридиновых коферментов выход их активных форм не превышает . Кроме того, одноэлектронное окисление приводит к образованию нестабильных радикалов, что уменьшает число оборотов кофактора. Для преодоления нежелательных процессов было предложено множество модифицированных электродов, на которых окисление НАДН протекает с участием иммобилизованного медиатора. Электрокаталитическое окисление НАДН па химически модифицированных электродах. Одной из первых статей, посвященной разработке химически модифицированных электродов для осуществления окисления НАДН была работа Тце и Кувана . Формальный потенциал полученных редокс соединений составил Ю. В отн. ХСЭ рН7. Потенциал анодного пика в присутствии НАДН 0. В. Таким образом, перенапряжение необходимое для прохождения реакции, сократилось по сравнению с не модифицированным электродом. При изучении методом потенциодинамических кривых механизма прохождения реакции был сделан вывод, что электрокаталитическая реакция протекает по ЕС механизму. Первоначально, медиатор находится в своей восстановленной форме дигидрохинон . В области потенциалов, больших, чем значение формального потенциала, медиатор, окисляясь, переходил в свою каталитически активную окисленную форму хинон Мох первая стадия реакции электрохимическая Е. Количество протонов и электронов, в общем случае, участвующих в реакции, может составлять 1 или 2, в зависимости от природы медиатора и , соответственно. Далее молекулы НАДН, диффундируя к поверхности электрода, восстанавливают МоХ с образованием НАД и i вторая стадия реакции химическая С.