ОПТИМІЗАЦІЯ АМПЕРОМЕТРИЧНОГО БІОСЕНСОРА ДЛЯ ОЦІНКИ ШВИДКОСТІ НАКОПИЧЕННЯ ГЛУТАМАТУ ІЗОЛЬОВАНИМИ НЕРВОВИМИ ТЕРМІНАЛЯМИ МОЗКУ

Автор(и)

  • D. Yu. Kucherenko Інститут молекулярної біології та генетики НАН України; Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна
  • I. S. Kucherenko Інститут молекулярної біології та генетики НАН України; Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна
  • D. V. Siediuko Національний авіаційний університет, Україна
  • D. V. Knyzhnykova Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна
  • O. O. Soldatkin Інститут молекулярної біології та генетики НАН України; Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна
  • A. A. Borysov Інститут біохімії імені О. В. Палладіна НАН України, Україна
  • A. G. Nazarova Інститут біохімії імені О. В. Палладіна НАН України, Україна
  • N. V. Krisanova Інститут біохімії імені О. В. Палладіна НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0002-0062-8135
  • T. O. Borisova Інститут біохімії імені О. В. Палладіна НАН України, Україна
  • A. P. Soldatkin Інститут молекулярної біології та генетики НАН України; Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна

DOI:

https://doi.org/10.18524/1815-7459.2016.1.70397

Ключові слова:

глутамат, біосенсор, глутаматоксидаза, активне накопичення глутамату, нервові терміналі головного мозку, m-фенілендіамін

Анотація

Розроблено глутаматний біосенсор та адаптовано його для аналізу швидкості на- копичення глутамату ізольованими нервовими терміналями головного мозку щурів. Для створення біомембрани біосенсора використовували глутаматоксидазу, коіммобілізовану з бичачим сироватковим альбуміном за допомогою глутарового альдегіду на поверхню амперометричного дискового платинового електроду. Для покращення селективності біосенсора на поверхню електроду наносилась додаткова напівпроникна мембрана на основі поліфенілендіаміну. Проведено оптимізацію умов іммобілізації ферменту на поверхню робочого електроду (перевірено залежність роботи біосенсора від концентрації ферменту, глутарового альдегіду та часу іммобілізації). Досліджено вплив параметрів розчину (іонна сила, буферна ємність, рН ) на роботу біосенсора. Лінійний діапазон роботи біосенсора був 2-600 мкМ глутамату, мінімальна межа визначення становила 0,5-2 мкМ, чутливість - 250-300 нА/мМ. Біосенсор характеризувався доброю відтворюваністю відгуків та операційною стабільністю. З використанням біосенсора виявлено наявність ендогенного глутамату у препаратах ізольо- ваних нервових терміналей головного мозку. Показано, що початкова швидкість Na-залежного накопичення глутамату та його акумуляція нервовими терміналями суттєво не відрізнялись від результатів, отриманих з використанням радіоактивно-міченого L-[14C]глутамату. Проведена робота дозволить широко використовувати розроблений біосенсор у медицині, а також у біохімічних та біотехнологічних дослідженнях

Посилання

G. B. Richerson, Y. Wu. The dynamic equilibrium of neurotransmitter transporters: not just for reuptake anymore. J. Neurophysiol., V. 90, P. 1363-1374 (2003)

Y. Zhou, N. C. Danbolt. GABA and Glutamate Transporters in Brain. Front Endocrinol.,4 (165), 1 - 14. doi:10. 3389/fendo. 2013. 00165 (2013)

T. Borisova, N. Krisanova. Presynaptic transporter-mediated release of glutamate evoked by the protonophore FCCP increases under altered gravity conditions. Adv. Space Res., V. 42, P. 1971-1979 (2008)

R. L. Villarta, D. D. Cunnigham, G. G. Guilbault. Amperometric enzyme electrodes for the determination of L-glutamate // Talanta, 38, pp. 49-55 (1991)

S. Ghobadi, E. Csoregi, G. Marko-Varga, L. Gorton. Bienzyme carbon paste electrodes forL-glutamate determination // Curr. Sepr., 14, pp. 94-102 (1996)

S. V. Dzyadevych, O. P. Soldatkin. Naukovi ta tehnologichni zasady stvorennya miniat`urnih electrohimichnih biosensoriv. Naukova dumka, K. 256 s. (2006)

N. F. Almeida, A. K. Mulchandani. A mediated amperometric enzyme electrode using tetrathiafulvalene and L-glutamate oxidase for the determination of L-glutamic acid // Anal. Chim. Acta, 282, pp. 353-361 (1993).

W. Vahien, J. Bradley, U. Bilitewski, R. D. Schmid. Mediated enzyme electrode for the determination of L-glutamate // Anal. Lett., 24, pp. 1445-1452 (1991)

U. Wollenberger, F. W. Scheller, R. Hintsche, K. Bohm. Verfahren zur amperometrischen bestimmung von L-glutamat. Pat. DD 272 478 А1 (1989)

H. Y. Kusakabe, T. F. Midorikawa, A. Kuninaka, H. Yoshino. Purification and properties of a new enzyme, L-glutamate oxidase, from Streptomyces sp. X-119-6, grown on wheat brain. Agric Biol Chem; 47: 6: 1323-1328 (1983)

H. Y. Kusakabe, T. F. Midorikawa, T. Fujishima. Methods for determining L-glutamate in soy sauce with L-glutamate oxidase. Agric Biol Chem; 48: 1: 181-184 (1984)

U. Wollenberger, F. W. Scheller, R. Renneberg et al. Biosensor zur bestimmung von glutamat und substanzen die in glutamat umgewan-delt werden. Pat DD 257272 A1. (1988)

B. C. Ye, Q. Sh. Li, You-R . Li. et al. LGlutamate biosensor using a novel L-glutamate oxidase and its application to flow injection analysis system. J Biotechnol; 42: 1: 45-52 (1995)

C. Y. Chen, Y. С. Su. Amperometric Lglutamate sensor using a novel L-glutamate oxidase from Streptomyces platensis NTU 304. Anal Chim Acta; 243: 9-15 (1991)

Y. Zhang, Y. Hu, G. S. Wilson, D. MoattiSirat, V. Poitout, G. Reach. Elimination of the acetaminophen interference in an implantable glucose sensor // Analytical Chemistry. Vol. 66, №7. - P. 1183-1188 (1994)

F. Moussy, D. J. Harrison, D. W. O’Brien, R. V. Rajotte. Performance of subcutaneously implanted needle-type glucose sensors employing a novel trilayer coating // Analytical Chemistry. Vol. 65, №15. - P. 2072-2077 (1993)

Q. Yang, P. Atanasov, E. Wilkins. Development of needle-type glucose sensor with high selectivity // Sensors and Actuators B: Chemical. Vol. 46, №3. - P. 249-256 (1998)

O. M. Schuvailo, O. O. Soldatkin, A. Lefebvre, R. Cespuglio, A. P. Soldatkin. Highly selective microbiosensors for in vivo measurement of glucose, lactate and glutamate // Analytica Chimika Acta. Vol. 573. -P. 110-116 (2006)

S. C. Kelly, P. J. O’Connell, C. K. O’Sullivan, G. G. Guilbault. Development of an interferent free amperometric biosensor for determination of L-lysine in food // Analytica Chimica Acta. Vol. 412, №1-2. - P. 111-119 (2000)

S. J. Killoran, R. D. O’Neill. Characterization of permselective coatings electrosynthesized on Pt–Ir from the three phenylenediamine isomers for biosensor applications // Electrochimica Acta. V. 53. – Р. 7303–7312 (2008)

O. Soldatkin, A. Nazarova, N. Krisanova, A. Borysov, D. Kucherenko, I. Kucherenko, N. Pozdnyakova, A. Soldatkin., T. Borysova. Monitoring of the velocity of high-affinity glutamate uptake by isolated brain nerve terminals using amperometric glutamate biosensor. Talanta,, -Vol. 135, -P. 67-74 (2015)

C. W. Cotman. Isolation of synaptosomal and synaptic plasma membrane fractions // Meth. Enzymol, V. 31. - Р. 445-452 (1974)

E. Larson, B. Howlett, A. Jagendorf. Artificial reductant enhancement of the Lowry method for protein determination // Anal. Biochem., V. 155. -Р. 243-248 (1986)

##submission.downloads##

Опубліковано

2016-01-02

Номер

Том 13 № 1 (2016)

Розділ

Біосенсори

Ліцензія

Авторське право (c) 2016 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Авторське право переходить Видавцю.