Металлоорганические комплексы рутения и осмия как медиаторы электронного переноса для оксидоредуктаз

• Автор: Сухарев, Валентин Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.15, 03.00.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 102 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Биосенсоры

2. Ферменты

2.1. Глюкозооксидаза из i i

2.2. Пероксидаза из корней хрена

3. Медиаторы

Металлоорганические соединения как медиаторы электронного

переноса в биосистемах

3.1. Ферроцены
3.1.1. Ферроцены как медиаторы глюкозооксидазы
из i i
3.1.2.Ферроцены как субстраты пероксидазы из корней хрена
3.2. Соединения осмия и рутения
3.3. Циклометатлированные комплексы рутения и осмия
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ,
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
1. Приборы и реагенты
2. Методы
2.1. Си нтез веществ 3
2.2. Приготовление растворов
2.3. Исследование кинетики окисления комплексов рутения II пероксидом водорода, катализируемого пероксидазой из
корней хрена
2.4. Исследование кинетики межмолекулярного переноса электронов
между комплексами рутенияШи осмияШ и активным центром ГО
2.5. Изготовление ферментных электродов
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
1. Исследование кинетики окисления комплексов типа 4X пероксидом водорода, катализируемого пероксидазой из корней хрена
1.1. Общие наблюдения и стехиометрия реакции окисления комплексов
типа X пероксидом водорода катализируемого ПХ
1.2. Формальная кинетика окисления комплексов рутения типа X под действием Н2О2, катализируемого ПХ
1.3. Влияние хлоридионов на реакцию окисления комплексов 2X пероксидом водорода катализируемого IIX
1.4. Влияние имидазола на кинетику реакции пероксидазного окисления комплексов 2X под действием пероксида водорода
2. Циклометаллированные комплексы ругенияН синтез, свойства и
их применение в биосисгемач
2.1. Синтез циклометатлированных комплексов
2.2. Изучение ферментативных реакций в присутствии
циктометаълированных комплексов рутенияН
2.2.1. Изучение реакции окисления циклометатлированных комплексов пероксидом водорода катализируемого ПХ
2.2.2. Исследование реакции восстановления циклометаллированных комплексов 1 глюкозой, катализируемого ГО
2.3. Ферментные электроды, основанные на цикюрутенированных комплексах.
2.3.1. Электроды для определения глюкозы и пероксида водорода
2.3.2. Электроды для определения этанола
2.4. Синтез редоксполимера на основе металл ациклических
комплексов рутенияИ и поли1виншшмидазола.
3. Циклометаллированные комплексы осмияП
3.1. Синтез циклометаллированных комплексов осмия
3.2. Исследование осмациклов как медиаторов глюкозооксидазы
из . i.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Однако прямой перенос электрона между ферментом и электродом в большинстве случаев затруднен изза больших стерических затруднений или значительного перенапряжения. Для того чтобы облегчить и ускорить процесс переноса электрона, используют медиаторы. Наиболее привлекательными веществами, с точки зрения их использования как медиаторов электронного переноса при создании биосенсоров, в последнее время видятся металлорганическне соединения. Несмотря на значительный прогресс в использовании некоторых метал л о органических соединений в различных ферментативных системах, информация о кинетике данных процессов довольно ограничена Таким образом, важной задачей является изучение ферментативных реакций с участием металлоорганических соединений и на основе полученных данных создание новых высокоактивных медиаторов, способных осуществлять быстрый перенос электрона межд активными центрами ферментов и электродами. С тех пор как в году был описан первый ферментный электрод1, начались интенсивные разработки различных биосенсорных устройств для качественного и количественного анализа Основой в таких устройствах лежит использование высокой специфичности и эффективности, присущих ферментам2б. В области современной биотехнологии электрохимические биосенсоры занимают одно из первых мест по количеству разработок. Принцип работы ферментных амперо. С помощью таких методов, как полярография и циклическая вольтамперометрия можно получить информацию о термодинамике и кинетике переноса электронов в системе, проанализировать стационарную кинетику ферментативного окисления или восстановления исследуемого субстрата определить его количество в анализируемых растворах. Для большинства ферментов прямой обмен электронов с электродом невозможен изза того, что активный центр фермента обычно погружен глу боко в глобулу белка В природе для большинства оксидаз перенос элекгрона обычно осуществляется дикислородом. Работа дикислорода может быть выполнена искусственными медиаторами. Упрощенная схема действия биосенсора, основанного на медиаторном электронном переносе представлена на схеме 1. Схема 1. Полимер также способствует более легкому электронному переносу и улучшает рабочую стабильность биокомпонентов2,3, 6, 7. Все элементы конструкции биосенсора одинаково важны, и поэтому исследования в настоящее время направлены на улучшение характеристик как оксидоредуктаз и медиаторов, так и полимерных матриц. Данная работа ограничена исследованием взаимодействий между оксидоредукгазами и медиаторами, что является необходимым атрибутом биосенсоров, основанных на медиаторном электронном переносе. Наиболее часто используемыми ферментами, используемыми в амперометрических биосенсорах, являются глюкозооксидаза ГО из i i и пероксидаза из корней хрена ПХ. Эти оксидоредуктазы можно назвать модельными ферментами, хотя каждый из них посвоему важен. Данные ферменты доступны, достаточно недорогие и стабильные. Большинство исследований медиаторов было произведено именно с этими ферментами. И можно сказать, что исследования новых соединений как потенциальных медиаторов целесообразно начинать с ГО иили ПХ. Если соединение имеет высокую реакционную способность по отношению к этим ферментам, то его исследование можно перенести на другие, более дорогие ферменты. Глюкозооксидаза из i i. Глюкозооксидаза является гликопротеином с молекулярной массой 0 кДа 8. Она катализирует окисление глюкопиранозы в 5глюконолактон дикислородом, который восстанавливается до Н2О2 ур. Фермент состоит из двух идентичных субъединиц. Каждая субъединица содержит одну простетическую группу нековалентно связанный флавинадениндинуклеотид ФАД. Расстояние между двумя молекулами ФАД в димере составляет около А. ФАД расположен глубоко в белковой глобуле расстояние от атома 5 до поверхности белка составляет А рис. Активный центр представляет собой глубокий, воронкообразный карман. Диаметр входа в карман равен А. ФАД находится вблизи к Азп4. Нз6 и Н9. Информация о структуре ГО основана на результатах рентгеносгруктурного анализа выполненному с разрешениями 2. А . Схема 1. Рис.