Academic Journal
Безмедиаторное окисление глюкозы мембранными фракциями Gluconobacter oxydans
| Title: | Безмедиаторное окисление глюкозы мембранными фракциями Gluconobacter oxydans |
|---|---|
| Source: | VII Пущинская конференция «Биохимия, физиология и биосферная роль микроорганизмов», шко- ла-конференция для молодых ученых, аспирантов и студентов «Генетические технологии в микробио- логии и микробное разнообразие». |
| Publisher Information: | Crossref, 2024. |
| Publication Year: | 2024 |
| Subject Terms: | медиаторы, микробные топливные элементы, безреагентность, очистка окружающей среды |
| Description: | В связи с постепенным истощением природных источников нефти и газа ведется активный поиск создания альтернативных источников энергии. Интерес к разработке микробных топливных элементов (МТЭ) обусловлен с одной стороны тем, что в них осуществляется прямое превращение химической энергии различных соединений в электрическую, а с другой стороны в качестве этих химических соединений можно использовать отходы производств. При этом будет происходить не только выработка энергии, но и очистка окружающей среды.Работа биоэлектрохимических устройств основана на переносе электронов от активных центров ферментов в составе биорецепторного элемента, иммобилизованного на поверхности электрода, непосредственно на электрод. Для обеспечения эффективности этого процесса применяют специальные реагенты – медиаторы (диффузионно-подвижные переносчики электронов). При практическом применении биосенсоров и биотопливных элементов важной характеристикой является безреагентность – т.е. отсутствие необходимости введения дополнительных соединений при выполнении анализов.Для целых клеток Gluconobacter oxydans эффект безмедиатороного переноса электронов на электрод не был обнаружен. Альтернативой использованию целых клеток в качестве биокатализаторов биосенсоров является использование их мембранных фракций, в которых ферментные комплексы сохраняются в активном состоянии. Бактерии Gluconobacter oxydans содержат мембраносвязанные дегидрогеназы, которые катализируют окисление ряда низших спиртов и сахаров.Целью настоящей работы являлось изучение возможности и условий безмедиаторного биоэлектрокаталитического окисления глюкозы мембранными фракциями бактерий Gluconobacter oxydans.Основу составляли графитовые матричные электроды. Для улучшения их электрохимических свойств использовали модификацию биосовместимым углеродным наноматериалом – терморасширенным графитом. Для обеспечения плотного контакта между поверхностью электрода и активным центром фермента применили проводящий полимер ПЭДОТ:ПСС ((поли(3,4-этилендиокситиофен): полистеренсульфоновая кислота).Было показано, что при иммобилизации мембранных фракций в составе электрода, модифицированного наноматериалом и проводящим полимером, электроокисление глюкозы может протекать в отсутствие искусственных окислительно-восстановительных медиаторов переноса электронов. Исследование хроноамперометрических и циклических вольтамперометрических характеристик показало увеличение анодного тока при электродных потенциалах в диапазоне 0–500 мВ относительно электрода сравнения.Эффект прямого переноса электронов был обнаружен для немодифицированного ПЭДОТ:ПСС, а также для ПЭДОТ:ПСС, связанного сшивающими агентами и проводящими наполнителями, такими как полиэтиленгликоль диглицидиловый эфир (ПЭГДЭ) или диметилсульфоксид (ДМСО). Внесение в состав геля ПЭДОТ:ПСС дополнительных сшивающих реагентов приводило к снижению сопротивления переноса заряда электрода, уменьшению отрицательного влияния на биокатализатор, увеличению амплитуды сигнала биосенсора и увеличению чувствительности к глюкозе.Коэффициент чувствительности представленного биосенсора к глюкозе при дополнительной модификации ПЭДОТ:ПСС увеличивается с 6.6 до 11.4 (в случае ДМСО) и 11.7 мкА×мМ-1×см-2 (в случае ПЭГДЭ). Время измерения пробы глюкозы составило 2 минуты, что может быть важно при проведении экспресс-анализов. Использование в качестве биоматериала мембранных фракций бактериальных клеток, а не ферментов, позволяет избежать дорогостоящего этапа очистки белка.Представленная стратегия может быть применена при разработке безреагентных биотопливных элементов. Отсутствие медиаторов позволит не загрязнять окружающую среду при эффективной работе МТЭ. |
| Document Type: | Article Conference object |
| Language: | Russian |
| DOI: | 10.34756/geos.2021.17.38035 |
| Accession Number: | edsair.doi...........8a6ce749ffccb56f5ba1359b68f4e645 |
| Database: | OpenAIRE |
| DOI: | 10.34756/geos.2021.17.38035 |
|---|