Direkter Elektronentransfer und Bioprozessregelung mit Dickschicht-Enzymelektroden

Schumacher, Jens Thomas

Die Erfassung von direktem Elektronentransfer führt zu Enzymelektroden der dritten Generation, die Aufschaltung eines relativ niedrigen Potentials kann hier Interferenzen minimieren. Die hier verwendeten Dickschicht-Elektroden eignen sich zur Produktion von amperometrischen Sensoren in großen Stückzahlen und können mit Enzymen beschichtet werden. Direkter Elektronentransfer von der Elektrode zur nativen, glykosilierten Peroxidase aus Meerrettich sowie zur rekombinant hergestellten, unglykosilierten Form dieses Enzyms wurde nachgewiesen. Der Vergleich der experimentellen Resultate mit begleitenden Modellrechnungen hinsichtlich der Orientierung der Proteine sowie Elektronentransferraten zeigte, dass bei der hier gewählten Immobilisierungsprozedur beide Peroxidasen direkten Elektronentransfer in vergleichbarem Umfang ermöglichen. Mit ausgewählten Polyelektrolyten als Additiv konnten die erzielten Stromstärken für beide Enzymvarianten deutlich erhöht werden, allerdings ergaben sich für bestimmte Additive unterschiedliche Resultate. Vermutlich handelt es sich um Stabilisierungseffekte, aufgrund der Ergebnisse konnte ein allgemeiner Ansatz zur Wirkungsweise der Additive nicht postuliert werden. Des weiteren wurde automatisiert über mehrere Wochen Bioprozessregelung von tierischen Zellen in Perfusionskultur mit einer Fliessinjektions-Analyse-Apparatur angewandt. Gemessen wurde dabei der Glukosegehalt des Mediums mit Glukoseoxidase-Elektroden.

The measurement of direct electron transfer leads to third generarion enzyme electrodes. Interferences can be minimized by the use of relatively low potentials. The used thick-film electrodes are suitable for mass production of amperometric sensors and can be covered with enzymes. Direct electron transfer from the electrode to the native, glycosylated horseradish peroxidase as well as to the recombinant, unglycosylated form of this enzyme has been shown. Comparison of the experimental results with accompanying modelling calculations regarding orientation of the proteins and electron transfer rates showed that due to the used immobilisation procedure both peroxidases enable direct electron transfer in comparable range. Selected polyelectrolytes as additives could increase the resulting currents significantly. However, results differed significantly depending on the additives used. Presumably this results matter from stabilizing effects. Based on these results, a definite explanation regarding the role of the additives could not be postulated. In addition, automated bioprocess control of animal cells was performed in perfusion culture for several weeks with flow injection analysis. In this model the glucose level of the medium was measured with glucose oxidase - electrodes.

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Schumacher, Jens Thomas: Direkter Elektronentransfer und Bioprozessregelung mit Dickschicht-Enzymelektroden. 2002.

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