АДАПТАЦІЯ МОНОФЕРМЕНТНОГО КОНДУКТОМЕТРИЧНОГО БІОСЕНСОРА ДЛЯ ВИСОКОЧУТЛИВОГО ВИЗНАЧЕННЯ АРГІНІНУ В ДІЄТИЧНИХ ДОБАВКАХ
DOI:
https://doi.org/10.18524/1815-7459.2025.1.325652Ключові слова:
аргінін, моноферментний біосенсор, аргініндеіміназа, кондуктометричний перетворювач, аналіз реальних зразківАнотація
У роботі описано розробку та адаптацію моно ферментного кондуктометричного біосенсора для визначення аргініну в фармацевтичних зразках. Біосенсор виготовлений шляхом іммобілізації рекомбінантної аргініндеімінази (AДІ) на кондуктометричних електродах з використанням ковалентного зшивання в парах глутарового альдегіду. Для досягнення максимальної чутливості розробленого біосенсора до аргініну досліджено вплив параметрів робочогобуферного розчину, таких як pH, буферна ємність, іонна сила, температура і концентрація білка на роботу біосенсора.
Досліджено відтворюваність сигналу та стабільність при зберіганні біосенсора з використанням оптимізованого складу буферного розчину. Аналітичні характеристики розробленого біосенсора свідчили про перспективність його застосування при аналізі концентрації аргінінув реальних зразках. Для апробації біосенсора проведено визначення аргініну в різних харчових добавках. Обрано найбільш ефективну методику біосенсорного аналізу реальних зразків, а саме метод стандартних додавань. Вивчено, як змінюється відтворюваність безперервної роботи біосенсора під час аналізу концентрації аргініну в реальних зразках та вплив різних варіантів пробопідготовки на точність визначення аргініну. Доведено, що біосенсорні результати гарно корелюють з методами іонообмінної хроматографії та спектрофотометричного аналізу.
Розроблений та адаптований в роботі біосенсор є ефективним для точного визначення аргініну в дієтичних добавках, призначених для корекції його дефіциту в організмі людини.
Посилання
C. Tomlinson, M. Rafii, R. O. Ball, P. B. Pencharz. Arginine can be synthesized from enteral proline in healthy adult humans // J. Nutr., 141, pp. 1432–1436 (2011).
E. S. Köhler, S. Sankaranarayanan, C. J. Van Ginneken, P. Van Dijk, J. L. M. Vermeulen, J. M. Ruijter, W. H. Lamers, E. Bruder. The human neonatal small intestine has the potential for arginine synthesis; developmental changes in the expression of arginine-synthesizing and -catabolizing enzymes // BMC Dev. Biol., 8, pp. 1–15 (2008).
R. Yatsyshyn, M. Sukhorebska. Improving efficiency of treatment of patients suffering from osteoarthritis with co-existent abdominal obesity secondary to dyslipidemia // Galician Med. J., 22, pp. 92–96 (2015).
J. George, S. Ben Shmuel, A. Roth, I. Herz, S. Izraelov, V. Deutsch, G. Keren, H. Miller. L‑arginine attenuates lymphocyte activation and anti-oxidized LDL antibody levels in patients undergoing angioplasty // Atherosclerosis, 174, pp. 323–327 (2004).
F. Moutaouakil, H. El Otmani, H. Fadel, F. Sefrioui, I. Slassi. L‑arginine efficiency in MELAS syndrome. A case report // Rev. Neurol. (Paris), 165, pp. 482–485 (2009).
R. K. Oka, A. Szuba, J. C. Giacomini, J. P. Cooke. A pilot study of L‑arginine supplementation on functional capacity inperipheral arterial disease // Vasc. Med., 10(3), pp. 265–274 (2005).
M. Ozsoy, Y. Ozsoy, T. Coskun, K. Naml, A. Var, B. Özyurt. The effects of L‑arginine onliver damage in experimental acute cholestasis: an immunohistochemical study // HPB Surg., 2011, Article ID 306069 (2011).
J. K. Yoon, A. E. Frankel, L. G. Feun, S. Ekmekcioglu, K. B. Kim. Arginine deprivation therapy for malignant melanoma // Clin. Pharmacol., 5, pp. 11–19 (2013).
Separation and determination of the amino acids by ion exchange column chromatography applying postcolumn derivatization // Acta Universitatis Sapientiae, Alimentaria, Volume 1 (2008).
V. Gopalakrishnan, P. J. Burton, T. F. Blaschke. High-performance liquid chromatographic assay for the quantitation of L‑arginine in human plasma // Anal. Chem., 68(20), pp. 3520–3523 (1996).
M. A. Parniak, G. Lange, T. Viswanatha. Quantitative determination of monosubstituted guanidines: a comparative study of different procedures // J. Biochem. Biophys. Methods, 7(4), pp. 267–276 (1983).
M. E. Gange, P. S. Francis, J. W. Costin, N. W. Barnett, S. W. Lewis. Determination of arginine in dietary supplements // J. Sci. Food Agric., 85(7), pp. 1217–1221 (2015).
Y. Tahboub. A predictive-kinetic method for the quantitation of amino acids with ninhydrin// Anal. Chim. Acta, (1985).
H. A. A. Medien. Spectrophotometric method for determination and kinetics of aminoacids through their reaction with syringaldehyde // Spectrochim. Acta Part A Mol. Biomol. Spectrosc., 54(2), pp. 359–365 (1998).
A. Zinellu, S. Sotgia, L. Deiana, C. Carru. Quantification of arginine and dimethylated arginines in human plasma by field-amplifiedsample injection capillary electrophoresis UV detection // Methods Mol. Biol., 984, pp. 131–138 (2013).
J. Martens-Lobenhoffer, S. M. Bode-Böger. Simultaneous detection of arginine, asymmetric dimethylarginine, symmetric dimethylarginine, and citrulline in human plasma and urine applying liquid chromatography–mass spectrometry with very straightforward sample preparation // J. Chromatogr. B, 798(2), pp. 231–239 (2003).
R. M. De Orduña. Quantitative determination of L‑arginine by enzymatic endpoint analysis // J. Agric. Food Chem., 49(1), pp. 549–552 (2001).
N. Y. Stasyuk, G. Z. Gayda, L. R. Fayura, Y. R. Boretskyy, M. V. Gonchar, A. A. Sibirny. Novel arginine deiminase-based method to assay L‑arginine in beverages // Food Chem., 201, pp. 320–326 (2016).
M. Kameya, Y. Asano. Rapid enzymatic assays for L‑citrulline and L‑arginine based on the platform of pyrophosphate detection // Enzyme Microb. Technol., 57, pp. 36–41 (2014).
N. Stasyuk, G. Gayda, H. Yepremyan, A. Stepien, M. Gonchar. Fluorometric enzymatic assay of L‑arginine // Spectrochim. Acta Part A Mol. Biomol. Spectrosc., 170, pp. 184–190 (2017).
M. Holzinger, A. Le Goff, S. Cosnier. Nanomaterials for biosensing applications: A review // Front. Chem., 2, Article 108707 (2014).
N. Verma, A. K. Singh, M. Singh. L‑arginine biosensors: A comprehensive review // Biochem. Biophys. Reports, 12, pp. 228–239 (2017).
N. Y. Stasyuk, G. Z. Gayda, A. E. Zakalskiy, L. R. Fayura, O. M. Zakalska, Sibirny, M. Nisnevitch, M. V. Gonchar. Amperometric biosensors for L‑arginine and creatinine assay based on recombinant deiminases and ammonium-sensitive Cu/Zn(Hg) S nanoparticles // Talanta, 238, Article 122996 (2022).
N. Stasyuk, G. Gayda, O. Demkiv, L. Darmohray, M. Gonchar, M. Nisnevitch. Amperometric biosensors for L‑arginine determination based on L‑arginine oxidase andperoxidase-like nanozymes // Appl. Sci., 11(15), Article 7024 (2021).
G. Gayda, N. Stasyuk, A. Zakalskiy,M. Gonchar, E. Katz. Arginine-hydrolyzing enzymes for electrochemical biosensors // Curr. Opin. Electrochem., 33, Article 100941 (2022).
O. V. Soldatkina, O. O. Soldatkin, T. P. Velychko, V. O. Prilipko, M. A. Kuibida, S. V. Dzyadevych. Conductometric biosensor for arginine determination in pharmaceutics // Bioelectrochemistry, 124, pp. 40–46 (2018).
N. Stasyuk, O. Smutok, G. Gayda, B. Vus, Y. Koval’chuk, M. Gonchar. Bi-enzyme L‑arginine-selective amperometric biosensor based on ammonium-sensing polyaniline-modified electrode // Biosens. Bioelectron., 37(1), pp. 46–52 (2012).
N. Stasyuk, O. Smutok, G. Gayda,M. Gonchar, Y. Koval’chuk. A new bi-enzyme potentiometric sensor for arginine analysis based on recombinant human arginase I and commercial urease // J. Mater. Sci. Eng. A, 1, pp. 819–827 (2011).
N. Y. Stasyuk, G. Z. Gayda, M. V. Gonchar. L‑arginine-selective microbial amperometric sensor based on recombinant yeast cells over-producing human liver arginase I // Sensors Actuators B Chem., 204, pp. 515–521 (2014).
T. Berninger, C. Bliem, E. Piccinini, O. Azzaroni, W. Knoll. Cascading reaction of arginase and urease on a graphene-based FET for ultra sensitive, real-time detection of arginine// Biosens. Bioelectron., 115, pp. 104–110 (2018).
O. Y. Saiapina, S. V. Dzyadevych, N. Jaffrezic-Renault, O. P. Soldatkin. Development and optimization of a novel conductometric bienzyme biosensor for L‑arginine determination // Talanta, 92, pp. 58–64 (2012).
O. Y. Saiapina, S. V. Dzyadevych, N. Jaffrezic-Renault. Potentiality of application of the conductometric L‑arginine biosensors for the real sample analysis // Biopolym. Cell, 28, pp. 441–448 (2012).
S. Misawa, M. Aoshima, H. Takaku, M. Matsumoto, H. Hayashi. High-level expressionof Mycoplasma arginine deiminase in Escherichia coli and its efficient renaturation as an anti-tumorenzyme // J. Biotechnol., 36(2), pp. 145–155 (1994).
S. Ghosh, K. Martin Sagayam, D. Haldar, L. J. Johnston, Z. J. Jakubek, S. Beck, V. G. Melnyk, A. D. Vasylenko, L. N. Semenycheva, O. V. Slitskiy, O. Y. Saiapina, S. V. Dzyadevych. Solutions for enhancement of sensitivity and metrological reliability of conductometric biosensor systems // Eng. Res. Express, 3(4), Article 045008 (2021).
S. V. Dzyadevych, V. G. Melnyk, P. I. Borshchov, S. V. Dzyadevych, O. Y. Saiapina, O. D. Vasylenko. Article in Technical Electrodynamics // Tech. Electrodyn., 2021, pp. 68–75.
O. O. Soldatkin, V. M. Peshkova, S. V. Dzyadevych, A. P. Soldatkin, N. Jaffrezic-Renault, A. V. Elskaya. Novel sucrose three-enzyme conductometric biosensor // Mater. Sci. Eng. C, 28(7), pp. 959–964 (2008).
O. O. Soldatkin, O. F. Sosovskaya, I. V. Benilova, M. V. Gonchar, Y. I. Korpan. Enzymatic conductometric sensor for formaldehyde detection in model samples// Biopolym. Cell, 21(6), pp. 425–432 (2005).
K. O. Berketa, O. Y. Saiapina, L. R. Fayura, А. А. Sibirny, S. V. Dzyadevych, O. O. Soldatkin. Development of conductometric arginine-sensitive biosensor based on arginine deiminase // Sens. Electron. Microsyst. Technol., 20(1), pp. 36–53 (2023).
I. S. Kucherenko. Characteristics and optimal working conditions of amperometric biosensor for adenosine triphosphate determination // Biotechnol. Acta, 7(1), pp. 66–74(2014).
D. Yu. Kucherenko, D. V. Siediuko, D. V. Knyzhnykova, I. S. Kucherenko, O. O. Soldatkin, A. P. Soldatkin. Optimizationof the choline-sensitive biosensor for work in biological liquids // Sens. Electron. Microsyst. Technol., 13(4), pp. 50–60 (2016).
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право на публікації переходить Видавцю.
