Advanced

Electrochemistry of Heme Containing Enzymes - Fundamentals and Applications

Lindgren, Annika LU (2000)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Inom analytisk kemi är selektivitet en viktig fråga. Att kunna urskilja ett specifikt ämne av låg koncentration i ett komplicerat prov är viktigt inom t.ex. medicin, miljöanalys och livsmedelsindustri. Naturen har under miljontals år utvecklat selektiva system. Ett exempel på ett sådant system är antikropparna i människans immunförsvar; om ett främmande ämne kommer in i kroppen så börjar immunförsvaret genast producera antikroppar som binder in till just detta speciella ämne. Ett annat exempel på selektiva system är enzymerna, naturens egna katalysatorer. Enzymer finns i alla levande organismer och ansvarar för att katalysera olika reaktioner i och utanför cellerna.



Människan... (More)
Popular Abstract in Swedish

Inom analytisk kemi är selektivitet en viktig fråga. Att kunna urskilja ett specifikt ämne av låg koncentration i ett komplicerat prov är viktigt inom t.ex. medicin, miljöanalys och livsmedelsindustri. Naturen har under miljontals år utvecklat selektiva system. Ett exempel på ett sådant system är antikropparna i människans immunförsvar; om ett främmande ämne kommer in i kroppen så börjar immunförsvaret genast producera antikroppar som binder in till just detta speciella ämne. Ett annat exempel på selektiva system är enzymerna, naturens egna katalysatorer. Enzymer finns i alla levande organismer och ansvarar för att katalysera olika reaktioner i och utanför cellerna.



Människan har länge försökt att efterlikna naturens selektiva system, exempelvis genom vaccineringar mot sjukdomar, men även i form av analysutrustning, t.ex. biosensorer. I biosensorer utnyttjar man selektiviteten (d.v.s. förmågan att känna av ett speciellt ämne) hos en biokemisk reaktion och omvandlar den biokemiska signalen till en mätbar signal (t.ex. ström, färg, ljus, värme). För att åstadkomma detta så immobiliserar man en biologisk komponent (t.ex. enzym, antikroppar, celler) på en signalöverförare. I denna avhandling har enzymbaserade elektrokemiska biosensorer använts, i vilka enzymet är den biologiska komponenten, signalöverföraren är en elektrod och signalen utgörs av en elektrisk ström. Enzymet i en sådan biosensor katalyserar en reaktion som består av antingen upptagning eller avgivning av elektroner (en s.k. redoxreaktion). I avhandlingen har "kommunikationen" mellan redoxenzymet och elektroden studerats, d.v.s. elektronöverföringsmekanismerna mellan immobiliserat enzym och olika elektrodmaterial. Alla redoxenzym kan inte överföra elektroner direkt till/från en elektrod. Det har visat sig att många enzym och proteiner som har en heme-grupp (samma grupp som finns i hemoglobin i blodet) som aktivt centrum kan överföra elektroner till/från en elektrod. Enzymen som använts i denna avhandling har därför den gemensamma nämnaren att de alla innehåller en heme-grupp som aktivt centrum. Olika peroxidaser och cellobiosdehydrogenaser är exempel på studerade enzym. I avhandlingen ingår studier av hur och hur snabbt dessa elektronöverföringar sker mellan redoxenzymer och elektrodytor. Dessutom har biosensorer baserade på peroxidaser och cellobiosdehydrogenaser utvecklats för detektion av fenoliska ämnen i miljöprover. (Less)
Abstract
The thesis is a bioelectrochemical study of heme enzymes, mainly peroxidases and cellobiose dehydrogenases (CDH). It covers both fundamental and applied aspects, viz. studies of the direct electron transfer and kinetics of enzymes on electrodes, and the development of amperometric enzyme-based biosensors.



The kinetics of the direct and mediated electron transfer of a wide range of peroxidases (both native and genetically engineered peroxidases) were investigated on graphite and gold electrodes using rotating disk electrode methodology. By genetic engineering of horseradish peroxidase some additional knowledge about the nature of direct ET was obtained. Some new approaches for oriented immobilisation of peroxidase were... (More)
The thesis is a bioelectrochemical study of heme enzymes, mainly peroxidases and cellobiose dehydrogenases (CDH). It covers both fundamental and applied aspects, viz. studies of the direct electron transfer and kinetics of enzymes on electrodes, and the development of amperometric enzyme-based biosensors.



The kinetics of the direct and mediated electron transfer of a wide range of peroxidases (both native and genetically engineered peroxidases) were investigated on graphite and gold electrodes using rotating disk electrode methodology. By genetic engineering of horseradish peroxidase some additional knowledge about the nature of direct ET was obtained. Some new approaches for oriented immobilisation of peroxidase were also investigated.



Direct electron transfer of the multi-cofactor enzyme CDH was studied on gold and graphite electrodes with techniques such as voltammetry and spectroelectrochemistry. CDH can be cleaved into its two subunits, one containing the heme cofactor and the other the flavin cofactor, these two subunits were studied individually at the electrode surface to prove that the direct electron transfer proceeds via the heme group.



Two biosensors for determination of (di-)phenolic compounds were developed, one using peroxidase and the other using CDH as the biological component. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Dr Cass, Anthony E G, Imperial College, London, UK
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
phenol monitoring, spectroelectrochemistry, self-assembled monolayer, gold electrode, graphite electrode, direct electron transfer, cellobiose dehydrogenase, biosensor, peroxidase, kinetics, Electrochemistry, Elektrokemi
pages
214 pages
publisher
Analytical Chemistry, Lund University
defense location
Kemicentrum, Sölvegatan 39, Lund, hörsal C
defense date
2000-09-29 13:15
external identifiers
  • Other:LUNKDL/NKAK-1054/1-214 (2000)
ISBN
91-7874-083-5
language
English
LU publication?
yes
id
fc6fca2a-6dfd-416b-b7cb-ef9612e075df (old id 40772)
date added to LUP
2007-08-01 13:27:11
date last changed
2016-09-19 08:45:08
@misc{fc6fca2a-6dfd-416b-b7cb-ef9612e075df,
  abstract     = {The thesis is a bioelectrochemical study of heme enzymes, mainly peroxidases and cellobiose dehydrogenases (CDH). It covers both fundamental and applied aspects, viz. studies of the direct electron transfer and kinetics of enzymes on electrodes, and the development of amperometric enzyme-based biosensors.<br/><br>
<br/><br>
The kinetics of the direct and mediated electron transfer of a wide range of peroxidases (both native and genetically engineered peroxidases) were investigated on graphite and gold electrodes using rotating disk electrode methodology. By genetic engineering of horseradish peroxidase some additional knowledge about the nature of direct ET was obtained. Some new approaches for oriented immobilisation of peroxidase were also investigated.<br/><br>
<br/><br>
Direct electron transfer of the multi-cofactor enzyme CDH was studied on gold and graphite electrodes with techniques such as voltammetry and spectroelectrochemistry. CDH can be cleaved into its two subunits, one containing the heme cofactor and the other the flavin cofactor, these two subunits were studied individually at the electrode surface to prove that the direct electron transfer proceeds via the heme group.<br/><br>
<br/><br>
Two biosensors for determination of (di-)phenolic compounds were developed, one using peroxidase and the other using CDH as the biological component.},
  author       = {Lindgren, Annika},
  isbn         = {91-7874-083-5},
  keyword      = {phenol monitoring,spectroelectrochemistry,self-assembled monolayer,gold electrode,graphite electrode,direct electron transfer,cellobiose dehydrogenase,biosensor,peroxidase,kinetics,Electrochemistry,Elektrokemi},
  language     = {eng},
  pages        = {214},
  publisher    = {ARRAY(0xbac55b8)},
  title        = {Electrochemistry of Heme Containing Enzymes - Fundamentals and Applications},
  year         = {2000},
}