Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, Łódź

Podobne dokumenty
Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, Łódź

Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, Łódź. Dr Paweł Krzyczmonik

Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, Łódź

Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, Łódź. Dr Paweł Krzyczmonik

Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, Łódź

Reakcje enzymatyczne. Co to jest enzym? Grupy katalityczne enzymu. Model Michaelisa-Mentena. Hamowanie reakcji enzymatycznych. Reakcje enzymatyczne

Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, Łódź. Dr Paweł Krzyczmonik

Projektowanie Procesów Biotechnologicznych

Kinetyka reakcji hydrolizy sacharozy katalizowanej przez inwertazę

Ćwiczenie 14. Maria Bełtowska-Brzezinska KINETYKA REAKCJI ENZYMATYCZNYCH

3. Badanie kinetyki enzymów

Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, Łódź. Dr Paweł Krzyczmonik

Przemiana materii i energii - Biologia.net.pl

Enzymologia I. Kinetyka - program Gepasi. Uniwersytet Warszawski Wydział Biologii Zakład Regulacji Metabolizmu

Mechanizmy działania i regulacji enzymów

FITOREMEDIACJA. Jest to proces polegający na wprowadzeniu roślin do określonego ekosystemu w celu asymilacji zanieczyszczeń poprzez korzenie i liście.

Uwaga: Szczególnie polecamy wybór wykładu w języku angielskim.

Enzymologia SYLABUS A. Informacje ogólne

PRZEWODNIK DYDAKTYCZNY PRZEDMIOTU

Sprawozdzanie z ćwiczenia nr 3 - Kinetyka enzymatyczna

KARTA KURSU. Chemia fizyczna I. Physical Chemistry I

Chemia ogólna nieorganiczna Wykład XII Kinetyka i statyka chemiczna

Podstawy biogospodarki. Wykład 7

KI + Pb(NO 3 ) 2 PbI 2 + KNO 3. fermentacja alkoholowa

KINETYKA INWERSJI SACHAROZY

Laboratorium 4. Określenie aktywności katalitycznej enzymu. Wprowadzenie do metod analitycznych. 1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Wykład 2. Kinetyka reakcji enzymatycznych.

Ćwiczenie 4. Elektrochemiczny czujnik glukozy

KI + Pb(NO 3 ) 2 PbI 2 + KNO 3. fermentacja alkoholowa

Transport przez błony

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. ILOŚCIOWE ZBADANIE SZYBKOŚCI ROZPADU NADTLENKU WODORU.

KARTA KURSU. Kod Punktacja ECTS* 2

Wykład 21 XI 2018 Żywienie

Biochemia Ćwiczenie 7 O R O P

Metody badania ekspresji genów

a) 1 mol b) 0,5 mola c) 1,7 mola d) potrzebna jest znajomość objętości zbiornika, aby można było przeprowadzić obliczenia

Laboratorium 5. Wpływ temperatury na aktywność enzymów. Inaktywacja termiczna

Enzymy katalizatory biologiczne

Ćwiczenie IX KATALITYCZNY ROZKŁAD WODY UTLENIONEJ

fermentacja alkoholowa erozja skał lata dni KI + Pb(NO 3 ) 2 PbI 2 + KNO 3 min Karkonosze Pielgrzymy (1204 m n.p.m.)

erozja skał lata KI + Pb(NO 3 ) 2 PbI 2 + KNO 3 min Karkonosze Pielgrzymy (1204 m n.p.m.)

a) hydroliza octanu n-butylu b) hydroliza maślanu p-nitrofenylu 4/7 O O PLE bufor ph 7,20 OH H 2 aceton O PLE O N O N O bufor ph 7,20 acetonitryl

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Geny, a funkcjonowanie organizmu

KINETYKA REAKCJI ENZYMATYCZNYCH Wyznaczenie stałej Michaelisa i maksymalnej szybkości reakcji hydrolizy sacharozy katalizowanej przez inwertazę.

VIII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2015/2016

Przedmiot: Chemia budowlana Zakład Materiałoznawstwa i Technologii Betonu

Spis treści. 1. Wiadomości wstępne Skład chemiczny i funkcje komórki Przedmowa do wydania czternastego... 13

Biochemia Ćwiczenie 4

Ćwiczenie 8 Wyznaczanie stałej szybkości reakcji utleniania jonów tiosiarczanowych

Kinetyka reakcji chemicznych Kataliza i reakcje enzymatyczne Kinetyka reakcji enzymatycznych Równanie Michaelis-Menten

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

Sesja prezentacji Wydziału Chemicznego

Odczynniki. dzieląc zmierzoną absorbancję przez współczynnik absorbancji dla 1µg p-nitrofenolu

Wykład 4. Anna Ptaszek. 27 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 4. Anna Ptaszek 1 / 31

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

Wydział Przyrodniczo-Techniczny UO Kierunek studiów: Biotechnologia licencjat Rok akademicki 2009/2010

Wykład 4. Anna Ptaszek. 9 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 4. Anna Ptaszek 1 / 29

BIOSENSORY SENSORY BIOMEDYCZNE. Sawicki Tomasz Balicki Dominik

Zjawiska powierzchniowe

1 Kinetyka reakcji chemicznych

Ćwiczenie nr 3 Kinetyka enzymatyczna

Roztwory buforowe (bufory) (opracowanie: dr Katarzyna Makyła-Juzak)

LABORATORIUM Z KATALIZY HOMOGENICZNEJ I HETEROGENICZNEJ WYZNACZANIE STAŁEJ SZYBKOŚCI REAKCJI UTLENIANIA POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY

imię i nazwisko, nazwa szkoły, miejscowość Zadania I etapu Konkursu Chemicznego Trzech Wydziałów PŁ V edycja

Laboratorium 6. Immobilizacja enzymu metodą pułapkowania w matrycy hydrożelowej

Kinetyka chemiczna jest działem fizykochemii zajmującym się szybkością i mechanizmem reakcji chemicznych w różnych warunkach. a RT.

Właściwości kinetyczne fosfatazy kwaśnej z ziemniaka

Definicja immobilizacji

Komputerowe wspomaganie projektowanie leków

- substancja, której mała ilość przyspiesza reakcję chemiczną i która nie ulega przy tym zużyciu

PODSTAWY IMMUNOLOGII Komórki i cząsteczki biorące udział w odporności nabytej (cz.i): wprowadzenie (komórki, receptory, rozwój odporności nabytej)

Karta modułu/przedmiotu

Zagadnienia do pracy klasowej: Kinetyka, równowaga, termochemia, chemia roztworów wodnych

Dr. habil. Anna Salek International Bio-Consulting 1 Germany

Wykład 1. Od atomów do komórek

JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

Kit for rapid detection Legionella pneumophilla

PRACOWNIA CHEMII. Kinetyka reakcji chemicznych (Fiz1)

ĆWICZENIE 3. Farmakokinetyka nieliniowa i jej konsekwencje terapeutyczne na podstawie zmian stężenia fenytoiny w osoczu krwi

Chemia I. Chemistry I. Inżynieria środowiska I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

EKSTRAHOWANIE KWASÓW NUKLEINOWYCH JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

Moduł: Chemia. Fundamenty. Liczba godzin. Nr rozdziału Tytuł. Temat lekcji. Rozdział 1. Przewodnik po chemii (12 godzin)

Kierunek i poziom studiów: chemia poziom pierwszy Sylabus modułu: Podstawy Chemii B 0310-CH-S1-010

Bliskie spotkania z biologią METABOLIZM. dr hab. Joanna Moraczewska, prof. UKW. Instytut Biologii Eksperymetalnej, Zakład Biochemii i Biologii Komórki

BADANIE WŁASNOŚCI KOENZYMÓW OKSYDOREDUKTAZ

KATALITYCZNE OZNACZANIE ŚLADÓW MIEDZI

Dysocjacja kwasów i zasad. ponieważ stężenie wody w rozcieńczonym roztworze jest stałe to:

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

Za poprawną metodę Za poprawne obliczenia wraz z podaniem zmiany ph

Kinetyka chemiczna kataliza i reakcje enzymatyczne

Oddychanie komórkowe. Pozyskiwanie i przetwarzanie energii w komórkach roślinnych. Oddychanie zachodzi w mitochondriach Wykład 7.

1. Zaproponuj doświadczenie pozwalające oszacować szybkość reakcji hydrolizy octanu etylu w środowisku obojętnym

Wykład 14 Biosynteza białek

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wpływ stężenia kwasu na szybkość hydrolizy estru

c t x v KINETYKA CHEMICZNA

SKUTECZNOŚĆ IZOLACJI JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

Właściwości błony komórkowej

Transkrypt:

Katedra hemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, 91-403 Łódź Dr Paweł Krzyczmonik Łódź, kwiecień 2014

Plan wykładu Biosensory wstęp Metody immobilizacji enzymów i białek Kinetyka reakcji enzymatycznych Wdrukowywanie molekularne (molecular imprinting) 2

Biosensory wstęp Biosensor to sensor zawierający w warstwie receptorowej materiał biologiczny, który w wyniku reakcji z analitem przetwarza energię chemiczną na formę energii z której w części przetwornikowej uzyskujemy sygnał analityczny. Materiały stosowane w warstwach receptorowych biosensorów: Sygnał analityczny Enzymy Białka Przeciwciała DNA, RNA Organelle, mitochondria Bakterie, komórki Tkanki zęść przetwornikowa Zamiana informacji chemicznej na formę energii zęść receptorowa Bio Próbka analityczna 3

Biosensory wstęp Typ Zasada działania Specyficzność Limit detekcji Detekcja analitu na podstawie specyficznych Duża względem Immunosensor interakcji przeciwciało-antygen. Możliwość analizowanego 50-100 detekcji komórek bakteryjnych a także białek składnika w w komórek/ml i cukrowców. próbce hemoreceptosensor Sensor enzymatyczny Sensor DNA Sensor tkankowy Sensor bakteryjny Detekcja sygnału na podstawie specyficznych oddziaływań między cząsteczką analitu a cząsteczką specjalnie zaprojektowanego chemoreceptora. Możliwość detekcji białek, receptorów i kanałów błonowych. W działaniu wykorzystuje katalizę enzymatyczną określonego substratu przez dany enzym. Działanie opiera się na oddziaływaniach pomiędzy sondami molekularnymi a DNA zawartym w analizowanej próbce. Detekcja komórkowego DNA. Zawiera w części sensorycznej fragment tkanki. Działanie oparte na specyficznych interakcjach między tkanką a analitem. Jako komponent sensoryczny służą komórki bakteryjne, których genom koduje enzymy katalizujące tworzenie się fluorescencyjnych związków. Głównie rozpoznawane są duże rodziny białek o podobnej strukturze. Ograniczona przez specyficzność wykorzystanego enzymu. 10 nmol/ml 100 nmol/ml Wysoka w względem poszukiwanej próbki. >pmol/ml Niska względem wykrywanych molekuł lub komórek. Wysoka względem wykrywanych molekuł. 100 nmol/ml 10-100 n 4

Biosensory wstęp Porównanie parametrów biosensorów glutaminy wykorzystujących różne materiały biologiczne w warstwach receptorowych. Enzymatyczny mitochondrialny bakteryjny tkankowy zułość [mv/dekadę] Dolny limit detekcji[mol/l] 33-41 53 49 50 6.0x10-5 2.2x10-5 5.6x10-5 2.0x10-5 Zakres liniowy [mmol/l] zas odpowiedzi [min] zas życia [dni] 0.15-3.3 0.1-5.5 0.1-10 0.06-5.2 4-5 6-7 5 5-7 1 10 20 30 5

Metody immobilizacji enzymów i białek Adsorpcja Sieciowana adsorpcja Wiązanie kowalencyjne Sieciowanie Pułapkowanie Enkapsulacja 6

Immobilizacja enzymów - przykłady kolagen-nh 2 + OH-(H 2 ) 3 -OH + H 2 N-enzym kolagen-n=h-(h 2 ) 3 -H=N-enzym kolagen-n=h-(h 2 ) 3 -H=N-enzym + LiBH 4 kolagen-n-h-(h 2 ) 3 -H-N-enzym O H 3 H 3 H 2 O N + N H 2 E H 2 NH E O O O H 3 H 3 H 2 H + O NH 2 H 2 O NH * H 2 H O NH 2 H 2 n * n O NH E E OH OH OH l O + l Si (H 2 ) H 2 X O Si (H 2 ) H 2 X + 3Hl l O X grupy NH 2, SH epoxy 7

Immobilizacja enzymów - przykłady Koenzym FAD - Dinukleotyd flawinoadeninowy 8

Kinetyka reakcji enzymatycznych Warunki badania szybkości reakcji: 1. Substraty i bufory odpowiedniej jakości i czystości 2. Aktywny preparat enzymatyczny 3. Enzym powinien być stabilny w warunkach prowadzenia pomiarów 4. Optymalna temperatura oraz ph prowadzenia reakcji 5. Odpowiednia metoda zatrzymywania reakcji enzymatycznej: - temperatura 100-1% roztwór SDS - w przypadku metaloenzymów dodatek EDTA - dodanie silnego kwasu np.: trichlorooctowego (2-3%) 6. Podczas oznaczenia zapewnione warunki stanu ustalonego reakcji enzymatycznej

Kinetyka reakcji enzymatycznych Określanie szybkości początkowej reakcji enzymatycznej

Kinetyka reakcji enzymatycznych E + S k 1 k-1 [E:S] k 2 E + P Zmiany w stężeniach uczestników reakcji enzymatycznej w warunkach stanu stacjonarnego i równowagi 11

Kinetyka reakcji enzymatycznych Kinetyka reakcji monosubstratowych założenie stanu równowagi k 1 k 2 E + S [ E][ S] wprowadzając K, v = k [ E : S] 2 [E:S], oraz zakładając k 2 <<k 1 v k-1 k2 [ Ec][ S] K [ S] [E:S] [ Ec ][ S] K [ S] Jeśli enzym działa z maksymalną szybkością V max, to wszystkie jego cząsteczki tworzą kompleks z substratem, czyli gdy [E:S] = [E c ], to: V max = k kat [E c ] v E + P Przyjmując całkowite stężenie enzymu jako [E c ] = [E] + [E:S], Otrzymamy: lub k kat gdzie k kat = k 2 - stała katalityczna Stała równowagi K we wzorze wyprowadzonym przy przyjęciu założenia stanu r-gi nosi nazwę stałej substratowej i jest określana symbolem Ks. 12

Założenie stanu ustalonego Kinetyka reakcji enzymatycznych Kinetyka reakcji monosubstratowych założenie stanu ustalonego k 1 k 2 E + S k-1 d[ E : S] dt k [E:S] E + P d[ E : S] 0 dt ES k E : S k E : S 1 1 2 wprowadzając stałą K m K m -stała Michaelisa k 1 k k 1 2 v i przekształcając równanie otrzymuje się: V K [ max m S] [ S] K K Warto zauważyć, że 2 czyli K M = K s, jeżeli k 2 <<k m s 1 k1 k 13

Kinetyka reakcji enzymatycznych Model Michaelisa-Menten E + S k 1 k-1 [E:S] k 2 E + P v V K [ max m S] [ S] 14

Kinetyka reakcji enzymatycznych GRAFIZNE WYZNAZANIE STAŁYH KINETYZNYH v V K [ max m S] [ S] 1_ v 1 K 1 m 1 [ S] V V max max 1_ V K m /V Równanie Lineweavera-Burka _ 1_ K M 0 1_ [S] 15

Kinetyka reakcji enzymatycznych K m (stała Michaelisa) opisuje tworzenie i rozpad kompleksu ES K m jest miarą powinowactwa enzymu do substratu niska wartość K m silne powinowactwo enzymu do substratu wysoka wartość K m słabe powinowactwo enzymu do substratu Wartość stałej K m jest to stężenie substratu (mol/dm 3 ) przy, którym szybkość reakcji enzymatycznej jest równa połowie jej szybkości maksymalnej. Kiedy [S]=K m wtedy V=V max /2. Inaczej stężenie o wartości równej Km, to stężenie przy którym obsadzona jest połowa aktywnych miejsc. Jednostka aktywności enzymatycznej katal; 1katal (kat) wywołuje w określonych warunkach reakcji przemianę 1 mola substancji w ciągu jednej sekundy. Jednostka enzymu (jednostka enzymatyczna), U (ang. unit, w pol. także J)- Jeden U to ilość enzymu katalizująca przemianę 1 μmola substratu w czasie 1 minuty. Zwykle przyjmuje się określone warunki: temperaturę 30, dane ph i maksymalne wysycenie enzymu substratem. 1 U = 1μmol/min = 1/60 μkatala = 16,67 nanokatala 16

Kinetyka reakcji enzymatycznych rodzaje biosensorów Sensory biocatalytic to głównie enzymy unieruchomione na powierzchni elektrody działające jako selektywne katalizatory. Enzymy katalizują powolne reakcje. Szybkość reakcji, w odpowiednich warunkach, jest ilościową miarą stężenia substratu. Jeśli próbka jest jednym z reagentów, np. jeśli jest sama próbka Podłoże, po czym czujniki chemiczne mogą być tworzone na tej podstawie. Szybkość reakcji może być mierzona jako prąd elektrolizy w biosensorach amperometrycznych. Druga grupa to bioaffinity sensors. W tym przypadku analit tworzy trwałe kompleksy z cząsteczkami w warstwie receptorowej czujnika. Ilość cząsteczek powstającego kompleksu jest ilościową miarą stężenia analitu w próbce. Może być mierzona pośrednio, od wielu właściwości. W sensorach bioaffinity wykorzystuje się głównie reakcje przeciwciałoantygen. 17

Wdrukowywanie molekularne (molecular imprinting) Wdrukowywanie molekularne (molecular imprinting) chemiczna metoda tworzenia warstw o wysokiej selektywności względem oznaczanego składnika. 18

Wdrukowywanie molekularne IhF PAN Warszawa 19

Literatura 1. Z. Brzózka, W. Wróblewski, Sensory chemiczne, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej,W-wa 1999. 2. Pr. zbiorowa pod red Z.Brzózki Miniaruryzacjia w analityce, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, W-wa 2005 2. J. Janata, Principles of hemical Sensors, Springer, wyd. 2, 2009 3. P. Gründler, hemical Sensors, An Introduction for Scientists and Engineers, Springer, 2007 4. P. N. Bartlett (ed.), Bioelectrochemietry, fundamentals, experimental techniques and applications, Willey & Sons, 2008. 5. W. Szczepaniak, Metody Instrumentalne w analizie chemicznej, PWN, W-wa 2010. 6. A.J.Bard, G.Inzelt, F.Scholz, Electrochemical Dictionary Springer,2008 20

Dziękuje za uwagę 21