Dissertation Klaus Heitkamp 1999
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4 Ergebnisse und Diskussion 85die postulierte Aktivitätssteigerung konnte von Jacob hingegen nicht beobachtet werden.Vielmehr zeigten entsprechende Versuche eine starke Abnahme der katalytischen Aktivität.Zur Entwicklung reagenzienloser amperometrischer Biosensoren immobilisierten Lötzbeyerund Schuhmann Mikroperoxidase an modifizierten Goldoberflächen. 150,151 Die Anbindung desEnzyms erfolgte dabei über die Carboxylgruppen der Mikroperoxidase direkt an dieOberfläche ohne Verwendung eines Spacers. Die katalytische Aktivität blieb unter diesenBedingungen erhalten.4.5.3 VorversucheDie von Lötzbeyer und Schuhmann beschriebene Methode schien bei Einsatz entsprechendderivatisierter Beads aufgrund ihrer Einfachheit zur Immobilisierung von Mikroperoxidasegut geeignet zu sein. Dieses Konzept wurde deshalb weiter verfolgt.Für die Immobilisierung von Enzymen über deren Carboxylgruppen lassen sich Trägermaterialieneinsetzen, die über freie Aminogruppen verfügen. In der Regel werden diese durchUmsetzung nativer CPG-Beads (mit freien OH-Gruppen) mit 3-(Triethoxysilyl)-propylaminhergestellt. Da schon entsprechend derivatisierte Aminopropyl-CPG-Beads zur Verfügungstanden, wurde eine derartige Derivatisierung hier nicht durchgeführt. Die physikalischenEigenschaften der in dieser Arbeit verwendeten Beads sind in nachstehender Tabellezusammengefaßt:BezeichnungBead DurchmesserPorengrößespezifische OberflächePorenvolumen50/63,2 50-100 µm 63,2 nm 58,48 m 2 /g 1098,39 mm 3 /g50/78,8 50-100 µm 78,8 nm 42,02 m 2 /g 1014,13 mm 3 /g50/99,8 50-100 µm 99,8 nm 36,97 m 2 /g 1100,57 mm 3 /g50/125 50-100 µm 125 nm 27,49 m 2 /g 1004,55 mm 3 /gTabelle 27Physikalische Eigenschaften der verwendeten Aminopropyl-BeadsUm die grundsätzliche Eignung dieser CPG-Beads zur Immobilisierung zu testen, wurde ineinem Vorversuch zunächst die im Vergleich zu Mikroperoxidase wesentlich kostengünstigereGlucoseoxidase (GOD) immobilisiert.
86 4 Ergebnisse und DiskussionDazu wurden 20 mg Glucoseoxidase in 5 ml 2-[4-(2-Hydroxyethyl)-1-piperazino]-ethansulfonsäure(HEPES)-Puffer (10 mmol/l; pH 7,8) gelöst und diese Lösung zu 100 mg Aminopropyl-CPG-Beads(50/63,2) gegeben. Die Immobilisierung wurde durch Zugabe von 20 mg1-Ethyl-3(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid (EDAC) gestartet. Das Reaktionsgemischwurde während der fünf Stunden andauernden Reaktion durch Überleiten eines schwachenStickstoffstromes ständig in Bewegung gehalten und durchmischt. Eine mechanischeBelastung der Beads, wie sie z. B. bei Einsatz eines Magnetrührers hätte auftreten können,konnte auf diese Weise vermieden werden. Nach Beendigung der Reaktion wurden die Beadsabfiltriert und gründlich mit ca. 25 ml Wasser gewaschen. In nachstehender Abbildung ist derallgemeine Reaktionsverlauf der hier eingesetzten Methode zur Enzymimmobilisierungwiedergegeben.HO+R OHR = EnzymrestCH 3H 3C N C N NCH3C H 3N NCOROCH 3NCH 3OSi OSiOHNH +HN NCOOCH 3NCH 3OSi OSiOHNCROR+Abbildung 40HarnstoffderivatReaktionsverlauf der Immobilisierung von Enzymen mit EDAC an Aminopropyl-CPG-BeadsMit den gewaschenen Beads wurde ein Stahlreaktor (Chromatographie-Leersäule 20-4,6;20 mm Länge; 4,6 mm Innendurchmesser, vgl. Tabelle 29) gefüllt. Um die Aktivität undsomit eine erfolgreiche Immobilisierung nachzuweisen, wurde der Reaktor in der Weise ineine HPLC-Anlage eingebaut, daß eine entsprechende Reagenz bzw. die Testlösung im Kreisgefördert werden konnte (vgl. Kapitel 6.6.4). Der Nachweis der Aktivität des immobilisiertenEnzyms erfolgte nach Schuhmann 151 durch Zusatz von Glucose zu der Testlösung. Im Fallevon immobilisierter Glucoseoxidase wird dabei Glucose zu Wasserstoffperoxid umgesetzt.Dieses bildet dann in einer zweiten enzymkatalysierten Reaktion (Meerrettichperoxidase,
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- Seite 141 und 142: 128 6 Anhang6 Anhang6.1 Öl-, Linol
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86 4 Ergebnisse und DiskussionDazu wurden 20 mg Glucoseoxidase in 5 ml 2-[4-(2-Hydroxyethyl)-1-piperazino]-ethansulfonsäure(HEPES)-Puffer (10 mmol/l; pH 7,8) gelöst und diese Lösung zu 100 mg Aminopropyl-CPG-Beads(50/63,2) gegeben. Die Immobilisierung wurde durch Zugabe von 20 mg1-Ethyl-3(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid (EDAC) gestartet. Das Reaktionsgemischwurde während der fünf Stunden andauernden Reaktion durch Überleiten eines schwachenStickstoffstromes ständig in Bewegung gehalten und durchmischt. Eine mechanischeBelastung der Beads, wie sie z. B. bei Einsatz eines Magnetrührers hätte auftreten können,konnte auf diese Weise vermieden werden. Nach Beendigung der Reaktion wurden die Beadsabfiltriert und gründlich mit ca. 25 ml Wasser gewaschen. In nachstehender Abbildung ist derallgemeine Reaktionsverlauf der hier eingesetzten Methode zur Enzymimmobilisierungwiedergegeben.HO+R OHR = EnzymrestCH 3H 3C N C N NCH3C H 3N NCOROCH 3NCH 3OSi OSiOHNH +HN NCOOCH 3NCH 3OSi OSiOHNCROR+Abbildung 40HarnstoffderivatReaktionsverlauf der Immobilisierung von Enzymen mit EDAC an Aminopropyl-CPG-BeadsMit den gewaschenen Beads wurde ein Stahlreaktor (Chromatographie-Leersäule 20-4,6;20 mm Länge; 4,6 mm Innendurchmesser, vgl. Tabelle 29) gefüllt. Um die Aktivität undsomit eine erfolgreiche Immobilisierung nachzuweisen, wurde der Reaktor in der Weise ineine HPLC-Anlage eingebaut, daß eine entsprechende Reagenz bzw. die Testlösung im Kreisgefördert werden konnte (vgl. Kapitel 6.6.4). Der Nachweis der Aktivität des immobilisiertenEnzyms erfolgte nach Schuhmann 151 durch Zusatz von Glucose zu der Testlösung. Im Fallevon immobilisierter Glucoseoxidase wird dabei Glucose zu Wasserstoffperoxid umgesetzt.Dieses bildet dann in einer zweiten enzymkatalysierten Reaktion (Meerrettichperoxidase,