JPH0530973A - Immobilized enzyme substance and apparatus for measurement using the same - Google Patents
Immobilized enzyme substance and apparatus for measurement using the sameInfo
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- JPH0530973A JPH0530973A JP19146491A JP19146491A JPH0530973A JP H0530973 A JPH0530973 A JP H0530973A JP 19146491 A JP19146491 A JP 19146491A JP 19146491 A JP19146491 A JP 19146491A JP H0530973 A JPH0530973 A JP H0530973A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、酵素固定化体およびそ
れを用いる測定装置に関し、特に生体液、発酵液等に含
まれるピルビン酸若しくはその塩の濃度を測定する際に
利用される安定なピルビン酸オキシダーゼ固定化体と、
それを用いる簡便かつ精度の良好な測定装置に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an enzyme-immobilized body and a measuring apparatus using the same, and more particularly to a stable enzyme used for measuring the concentration of pyruvic acid or its salt contained in biological fluids, fermentation broths, etc. Immobilized pyruvate oxidase,
The present invention relates to a simple and accurate measuring device using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】ピルビン酸は、生体内で解糖系やアミノ
酸代謝の産物として生成され、またトリカルボン酸回路
や脂肪酸代謝経路の中間物質としても重要な位置を占め
る化合物である。ピルビン酸は細胞内での代謝に関与す
るのみならず、動物体液あるいは微生物等の培養液、発
酵液中に分泌される。このピルビン酸濃度の測定は、臨
床検査、物質代謝の研究、発酵制御等の広範囲の分野で
必須の項目となっている。BACKGROUND OF THE INVENTION Pyruvate is a compound that is produced in vivo as a product of glycolysis and amino acid metabolism, and occupies an important position as an intermediate in the tricarboxylic acid cycle and fatty acid metabolism pathway. Pyruvate is not only involved in intracellular metabolism, but is also secreted into animal body fluids, culture fluids such as microorganisms, and fermentation fluids. This measurement of pyruvic acid concentration is an essential item in a wide range of fields such as clinical tests, substance metabolism research, and fermentation control.
【0003】たとえば、酵母を高アルコール濃度で飢餓
状態におくと、理由は明瞭ではないがピルビン酸濃度が
増加することが知られている。近年清酒醸造工程におい
て、このピルビン酸濃度の増減を発酵工程管理に利用し
ようとする動向がある。またピルビン酸量を指標とし
て、血中酵素活性を測定する方法も開発されている。動
物の肝細胞に含まれるグルタミン酸オキサロ酢酸トラン
スアミナーゼ(GOT)もしくはグルタミン酸ピルビン
酸トランスアミナーゼ(GPT)等の酵素は、肝機能障
害にともない血中に放出され、これらの酵素について血
中酵素活性を測定することは臨床検査において重要な項
目となっている。これらの酵素は基質あるいは反応生成
物としてピルビン酸を消費もしくは生成するため、ピル
ビン酸濃度の測定を迅速かつ正確に行う手法の開発は重
要な課題である。For example, it is known that when yeast is starved at a high alcohol concentration, the concentration of pyruvic acid increases, although the reason is not clear. In recent years, in the sake brewing process, there is a tendency to utilize the increase / decrease in the pyruvic acid concentration for fermentation process control. In addition, a method of measuring blood enzyme activity using the amount of pyruvic acid as an index has also been developed. Enzymes such as glutamate oxaloacetate transaminase (GOT) or glutamate pyruvate transaminase (GPT) contained in animal hepatocytes are released into the blood due to liver dysfunction, and the blood enzyme activity of these enzymes should be measured. Is an important item in clinical examination. Since these enzymes consume or generate pyruvic acid as a substrate or a reaction product, development of a method for measuring pyruvic acid concentration quickly and accurately is an important issue.
【0004】しかし、ピルビン酸が不安定な低分子の水
溶性化合物であることから、その分析は容易ではない。
不安定であるために、ピルビン酸の分析には迅速性が要
求される。また生体液中に共存する多種類の有機酸の中
から低濃度のピルビン酸のみを定量分析するためには、
高い選択性と高感度が要求される。これらの要望を満た
すため、酵素反応を利用する分析手法が開発されてき
た。従来この目的には、乳酸脱水素酵素( L−乳酸脱水
素酵素、EC 1.1.1.27、もしくは D−乳酸脱
水素酵素、EC 1.1.1.28)が利用されてい
る。乳酸脱水素酵素は補酵素である還元型ニコチンアミ
ドアデニンジヌクレオチド(以下NADHと略す)の存
在下でピルビン酸を乳酸に還元する。この際NADHは
酸化型(NAD)に変換される。この変化にともない、
NADHの近紫外域の吸光度が減少する。したがって、
NADHの特異吸収を追跡することにより、ピルビン酸
を定量できる。しかしこの方法では微量の試料と酵素反
応溶液を混合し分光光度計を用いるため、操作が煩雑で
かつ高価な酵素を大量に消費するという欠点があった。
同時に補酵素の紫外吸収の減少を追跡するため、試料中
のピルビン酸濃度が添加したNADHに比べて高いと、
NADHが消費されつくした時点で見かけ上変化が起こ
らなくなる点に問題があり、また着色成分を含む系には
適用しがたいという欠点もあわせもっていた。However, since pyruvic acid is a labile, low-molecular weight, water-soluble compound, its analysis is not easy.
Due to instability, analysis of pyruvate requires rapidity. In addition, in order to quantitatively analyze only low-concentration pyruvic acid from among many kinds of organic acids coexisting in biological fluid,
High selectivity and high sensitivity are required. In order to meet these demands, analytical methods utilizing enzyme reactions have been developed. Conventionally, lactate dehydrogenase (L-lactate dehydrogenase, EC 1.1.1.27 or D-lactate dehydrogenase, EC 1.1.1.28) has been used for this purpose. Lactate dehydrogenase reduces pyruvate to lactate in the presence of reduced nicotinamide adenine dinucleotide (hereinafter abbreviated as NADH) which is a coenzyme. At this time, NADH is converted into an oxidized form (NAD). With this change,
The absorbance of NADH in the near ultraviolet region decreases. Therefore,
Pyruvate can be quantified by following the specific absorption of NADH. However, in this method, a small amount of sample and an enzyme reaction solution are mixed and a spectrophotometer is used, so that there is a drawback that the operation is complicated and a large amount of expensive enzyme is consumed.
At the same time, in order to trace the decrease in ultraviolet absorption of coenzymes, the pyruvic acid concentration in the sample was higher than that of the added NADH,
There is a problem in that no apparent change occurs when NADH is completely consumed, and it is also difficult to apply it to a system containing a coloring component.
【0005】そこで近年、ピルビン酸オキシダーゼ(E
C 1.2.3.3)を用いる分析手法が注目されてい
る。ピルビン酸オキシダーゼは、エシェリヒア属、ペデ
ィオコッカス属、アエロバクター属、ラクトバチルス属
等の細菌などから分離される酵素である。本酵素は、無
機リン酸と溶存酸素の存在下でピルビン酸の酸化的脱炭
酸反応を触媒する。すなわちピルビン酸オキシダーゼは
〔化1〕の反応に関与する。Therefore, in recent years, pyruvate oxidase (E
Analytical methods using C 1.2.3.3) are drawing attention. Pyruvate oxidase is an enzyme isolated from bacteria such as Escherichia, Pediococcus, Aerobacterium, Lactobacillus and the like. This enzyme catalyzes the oxidative decarboxylation of pyruvate in the presence of inorganic phosphate and dissolved oxygen. That is, pyruvate oxidase participates in the reaction of [Chemical Formula 1].
【0006】[0006]
【化1】ピルビン酸+無機リン酸+O2 →アセチルリン
酸+CO2 +H2 O2
この酵素は補酵素としてチアミンピロホスフェート(以
下TPPと略す)とフラビンアデニンジヌクレオチド
(以下FADと略す)を要求し、活性化因子としてマグ
ネシウム、カルシウム、コバルト、マンガン等の2価イ
オンが作用することが知られている。TPPおよび前記
2価イオンは反応時に添加する必要があり、またグルコ
ースオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ等のオキシ
ダーゼと異なり本酵素ではFADが比較的ゆるく酵素に
結合しているためか、FADを反応液に添加することに
より酵素が安定化されることが知られている。[Chemical formula 1] pyruvate + inorganic phosphate + O 2 → acetyl phosphate + CO 2 + H 2 O 2 This enzyme requires thiamine pyrophosphate (hereinafter abbreviated as TPP) and flavin adenine dinucleotide (hereinafter abbreviated as FAD) as coenzymes. However, it is known that divalent ions such as magnesium, calcium, cobalt and manganese act as an activator. It is necessary to add TPP and the divalent ion at the time of reaction, and unlike glucose oxidase, alcohol oxidase, and other oxidases, FAD is relatively loosely bound to the enzyme in this enzyme. Probably, FAD is added to the reaction solution. It is known that this stabilizes the enzyme.
【0007】すでに、本酵素を利用し比色反応を用いる
測定キットを構成する測定方法は知られている(特公昭
59−15637号)。しかし溶液系で比色法を用いる
と酵素の回収利用が困難であり分析コストの上昇をもた
らす問題があった。また一般に過酸化水素の定量に用い
られるペルオキシダーゼ(EC 1.11.1.7)お
よび4−アミノアンチピリン等の化合物とフェノール化
合物を組み合せた発色反応では、α−ケト酸であるピル
ビン酸自体が色原体に対し減感作用を有し、発色安定性
に欠け、定量精度に悪影響を及ぼすという欠点を有して
いた。[0007] A measuring method for constructing a measuring kit using the present enzyme for colorimetric reaction is already known (Japanese Patent Publication No. 59-15637). However, when the colorimetric method is used in the solution system, it is difficult to recover and utilize the enzyme, which causes a problem of increasing the analysis cost. In addition, in a color development reaction in which a compound such as peroxidase (EC 1.11.1.7) and 4-aminoantipyrine, which are generally used for the determination of hydrogen peroxide, and a phenol compound are combined, the color of pyruvic acid itself, which is an α-keto acid, becomes a color. It had a demeritizing effect on the drug substance, lacked color development stability, and adversely affected quantification accuracy.
【0008】そこで本酵素を固定化し酵素の再利用を図
ると共に、反応にともない消費される酸素または生成す
る過酸化水素を定量しようとする試みがなされてきた。
たとえば、高分子膜上に酵素を固定化した膜状固定化体
を用い酸素電極もしくは過酸化水素電極表面に膜を配置
した、いわゆる酵素電極型の検出器が開発された(特開
昭56−122947号)。しかし、これらの固定化酵
素の寿命は充分なものではなかった。Therefore, it has been attempted to immobilize the present enzyme to reuse the enzyme and to quantify oxygen consumed or hydrogen peroxide produced in the reaction.
For example, a so-called enzyme electrode type detector has been developed in which a membrane-shaped immobilization product in which an enzyme is immobilized on a polymer membrane is used and a membrane is arranged on the surface of an oxygen electrode or a hydrogen peroxide electrode (JP-A-56-56). No. 122947). However, the life span of these immobilized enzymes was not sufficient.
【0009】そのため高濃度の安定化剤であるFADを
添加する方法も開発された(特公平2−48059
号)。しかしこの方法では高価なFADを使い捨てにす
るするため、分析コストの上昇は避けられない。また、
FADの効果が認められない系も報告されている(特開
昭55−111786号)。このように、従来の測定で
は充分に実用的なピルビン酸オキシダーゼ固定化体が得
られていない。これらの技術においては高濃度のFAD
を利用するために分析コストの上昇が避けられなかった
り、充分安定な固定化体が得られておらず、連続的に多
数の試料を分析すると感度が低下する、つまり酵素が失
活していく欠点があった。Therefore, a method of adding a high concentration of FAD, which is a stabilizer, was also developed (Japanese Patent Publication No. 2-48059).
issue). However, in this method, the expensive FAD is made disposable, and the increase in analysis cost cannot be avoided. Also,
A system in which the effect of FAD is not recognized has also been reported (JP-A-55-111786). As described above, a sufficiently practical immobilized pyruvate oxidase has not been obtained by the conventional measurement. High concentration of FAD in these technologies
However, the increase in analysis cost cannot be avoided, and a sufficiently stable immobilization product has not been obtained, and the sensitivity decreases when a large number of samples are continuously analyzed, that is, the enzyme is deactivated. There was a flaw.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】一般に、酵素を溶液状
態で使用する際に酵素を安定化する方法としていくつか
のものが知られている。たとえば、チオール残基を酵素
反応に関与する活性中心に含む酵素では、反応系にシス
テイン、グルタチオン等のチオール試薬を添加すること
により不必要な酸化反応を防止し、安定化出来る場合が
ある。また、溶液の攪拌等による発泡によって酵素が変
性を受け易い場合には、溶液に酵素以外のタンパク質を
添加し、発泡にかかわる酵素分子の比率を下げることで
安定化を促進する方法が知られている。しかし、本発明
者らの実験によればピルビン酸オキシダーゼは溶液系で
チオール試薬を添加しても、また酵素以外のタンパク質
を添加しても安定化効果を見いだすことができなかっ
た。Generally, there are several known methods for stabilizing an enzyme when the enzyme is used in a solution state. For example, in an enzyme containing a thiol residue in the active center involved in the enzymatic reaction, unnecessary oxidative reaction may be prevented and stabilized by adding a thiol reagent such as cysteine or glutathione to the reaction system. Further, when the enzyme is susceptible to denaturation due to foaming due to stirring of the solution, etc., there is known a method of promoting stabilization by adding a protein other than the enzyme to the solution to reduce the ratio of enzyme molecules involved in foaming. There is. However, according to the experiments conducted by the present inventors, the stabilizing effect of pyruvate oxidase could not be found even when a thiol reagent was added in a solution system or a protein other than an enzyme was added.
【0011】さらに酵素を固定化することにより、一般
的には保存安定性が増すことが多いが、ピルビン酸オキ
シダーゼの場合顕著な効果が認められなかった。本発明
は、特に生体液、発酵液等に含まれるピルビン酸濃度を
測定する際に利用される安定なピルビン酸オキシダーゼ
固定化体と、それを用いる簡便かつ精度の良好な測定装
置を提供することを目的とする。Further, by immobilizing the enzyme, the storage stability is generally increased in many cases, but in the case of pyruvate oxidase, no remarkable effect was observed. The present invention particularly provides a stable pyruvate oxidase-immobilized body used when measuring the concentration of pyruvic acid contained in a biological fluid, a fermentation broth, and the like, and a simple and accurate measuring device using the same. With the goal.
【0012】[0012]
【課題を解決する手段】本発明は、担体上に、ピルビン
酸オキシダーゼ及びそれ以外のタンパク質を化学的に固
定化した酵素固定化体であって、ピルビン酸オキシダー
ゼ及びそれ以外のタンパク質が、担体表面の50%以上
を被覆している酵素固定化体である。また本発明は、担
体をアミノシラン化し、次に多官能性アルデヒドでホル
ミル化し、さらにピルビン酸オキシダーゼ及びそれ以外
のタンパク質で被覆してなる上記の酵素固定化体を開示
する。The present invention provides an enzyme-immobilized body in which pyruvate oxidase and other proteins are chemically immobilized on a carrier, and the pyruvate oxidase and other proteins are the carrier surface. The enzyme-immobilized body covers 50% or more of the enzyme. The present invention also discloses the above-mentioned enzyme-immobilized body in which the carrier is aminosilanized, then formylated with a polyfunctional aldehyde, and further coated with pyruvate oxidase and other proteins.
【0013】更に本発明は、上記の酵素固定化体に緩衝
液中の試料を接触せしめる機構、並びに試料中のピルビ
ン酸若しくはその塩と酵素固定化体の反応を電気化学的
に検出する機構を有するピルビン酸測定装置を開示す
る。Further, the present invention provides a mechanism for bringing a sample in a buffer into contact with the above-mentioned enzyme-immobilized body, and a mechanism for electrochemically detecting the reaction between pyruvic acid or its salt in the sample and the enzyme-immobilized body. A pyruvic acid measuring device having the same is disclosed.
【0014】[0014]
【作用】各種の固定化条件を検討した結果、担体上に酵
素を化学的に固定化すること、およびピルビン酸オキシ
ダーゼおよび少なくとも1種類のピルビン酸オキシダー
ゼ以外のタンパク質で担体表面の50%以上を被覆する
ときわめて安定なピルビン酸オキシダーゼ固定化体が得
られることを見いだした。これらの知見は溶液酵素の挙
動からは推定出来ない意外な事実である。[Function] As a result of investigating various immobilization conditions, the enzyme is chemically immobilized on the carrier, and 50% or more of the carrier surface is coated with pyruvate oxidase and at least one protein other than pyruvate oxidase. It was found that an extremely stable immobilized pyruvate oxidase was obtained. These findings are surprising facts that cannot be inferred from the behavior of solution enzymes.
【0015】本発明における担体の表面積は、担体表面
のピルビン酸オキシダーゼやその他のタンパク質が化学
的に結合し得る面積量であり、ピルビン酸オキシダーゼ
や、その他のタンパク質が結合し得る量を測定すること
により求めることができる。担体の被覆率は例えば以下
の方法で求めることが出来る。実際にタンパク質等の濃
度を変えて担体に結合させ、その結合量をケルダール法
等により測定し、タンパク質等の濃度を無限大に外挿し
た場合の平衡結合量を担体表面積に比例する量と見なす
ことができる。The surface area of the carrier in the present invention is the amount of surface area of the carrier on which pyruvate oxidase and other proteins can be chemically bound. The amount of pyruvate oxidase and other proteins that can be bound should be measured. Can be obtained by The coverage of the carrier can be obtained, for example, by the following method. Actually changing the concentration of protein etc. to bind to the carrier, measure the binding amount by the Kjeldahl method etc., and consider the equilibrium binding amount when the concentration of protein etc. is extrapolated to infinity as the amount proportional to the carrier surface area. be able to.
【0016】次に測定装置のカラム等に用いる酵素固定
化体に実際に結合させたピルビン酸オキシダーゼとその
他のタンパク質の量をケルダール法等で求め、この値を
化学結合した面積に比例する量と見なすことができる。
そして、前者に対する後者の比を求めることにより担体
の被覆率を求めることができる。Next, the amounts of pyruvate oxidase and other proteins actually bound to the enzyme-immobilized body used in the column of the measuring device are determined by the Kjeldahl method or the like, and this value is determined as the amount proportional to the chemically bound area. I can see it.
Then, the coverage of the carrier can be obtained by obtaining the ratio of the latter to the former.
【0017】本発明では担体表面に化学結合により、ピ
ルビン酸オキシダーゼやその他のタンパク質を固定化し
ており、ほぼピルビン酸オキシダーゼやタンパク質の分
子が単層をなして、担体上に固定化されるものと考えら
れる。したがって、ピルビン酸オキシダーゼやタンパク
質の結合量がそのまま担体上の被覆面積に略比例すると
考えられる。In the present invention, pyruvate oxidase and other proteins are immobilized on the surface of the carrier by a chemical bond, and molecules of pyruvate oxidase and protein are almost monolayered and immobilized on the carrier. Conceivable. Therefore, it is considered that the amount of pyruvate oxidase or protein bound is almost directly proportional to the coated area on the carrier.
【0018】実際にピルビン酸オキシダーゼやタンパク
質の固定化量を求めるには、ピルビン酸オキシダーゼや
タンパク質の固定化に用いる溶液中に残存する酵素活性
やタンパク質の量を求め、元の酵素活性や濃度との差を
求めることにより計算することもできる。なお、溶液に
残存する酵素やタンパク質の量は例えばリンタングステ
ン酸−フェノール試薬等を用いる溶液系の発色反応によ
り求めることができる。To actually determine the immobilized amount of pyruvate oxidase or protein, the amount of enzyme activity or protein remaining in the solution used for the immobilization of pyruvate oxidase or protein is determined, and the original enzyme activity or concentration is determined. It can also be calculated by finding the difference between The amount of the enzyme or protein remaining in the solution can be determined by, for example, a solution-based color reaction using a phosphotungstic acid-phenol reagent or the like.
【0019】また、担体の比表面積は、BET法で求め
ることができるが、多くの担体では、BETによる比表
面積は、前記した酵素やタンパク質が化学結合し得る担
体比表面積と一致している。もしタンパク質の分子断面
積がわかっていれば前記の結合している酵素やタンパク
質の量より比表面積を直接算出できるし、また流体力学
的な半径等が不明の場合でも、そのタンパク質を基準と
して担体全表面積の何パーセントが被覆されるているか
を算出することができる。The specific surface area of the carrier can be determined by the BET method, but in many carriers, the specific surface area by BET is the same as the specific surface area of the carrier to which the above-mentioned enzyme or protein can be chemically bound. If the molecular cross-section of a protein is known, the specific surface area can be directly calculated from the amount of the above-mentioned bound enzyme or protein, and even if the hydrodynamic radius is unknown, the carrier is based on that protein. It is possible to calculate what percentage of the total surface area is covered.
【0020】実際に利用可能な担体としては、シリカゲ
ル、ケイソウ土系ケイ酸、多孔性ガラス等のケイ酸系担
体、砂、アルミナ、ジルコニア、セラミック、活性炭、
モレキュラーシーブ、酸化チタン、酸性白土、結晶性セ
ルロース、デキストランゲル、キチン、コラーゲン、ア
ミノ酸系樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアクリルアミド
ゲル、ポリビニルアルコール架橋体、ナイロン繊維、イ
オン交換樹脂等が例示できる。これらの中でも、シリカ
ゲル、ケイソウ土系ケイ酸、多孔性ガラス等の無機担体
は、高強度であり実際の使用にあたり担体の崩壊等の心
配がない点で有利である。担体としては、その比表面積
が担体1gあたり0.5〜200平方メートルのものが
好ましい。あまり比表面積が小さいものは酵素活性を充
分担持することができず、また大きすぎると大量のタン
パク質を固定化する必要があるために経済的に望ましい
ものではない。Examples of usable carriers include silica gel, diatomaceous silicic acid, silicic acid-based carriers such as porous glass, sand, alumina, zirconia, ceramics, activated carbon,
Examples thereof include molecular sieves, titanium oxide, acidic clay, crystalline cellulose, dextran gel, chitin, collagen, amino acid resins, polystyrene resins, polyacrylamide gels, polyvinyl alcohol crosslinked products, nylon fibers, ion exchange resins and the like. Among these, inorganic carriers such as silica gel, diatomaceous earth silicic acid, and porous glass are advantageous in that they have high strength and there is no fear of collapsing the carriers in actual use. The carrier preferably has a specific surface area of 0.5 to 200 square meters per 1 g of the carrier. If the specific surface area is too small, the enzyme activity cannot be sufficiently supported, and if it is too large, a large amount of protein needs to be immobilized, which is not economically desirable.
【0021】ピルビン酸オキシダーゼと他のタンパク質
を物理的な吸着によりこれらの担体に固定化することも
可能ではあるが、本発明では連続的に安定に使用できる
固定化体を得るために、化学的にピルビン酸オキシダー
ゼと他のタンパク質を固定化するものである。酵素を含
むタンパク質を担体に化学的に固定化する方法として
は、タンパク質中のカルボニル基、アミノ基、イミノ基
等に反応する試薬、例えばグルタルアルデヒド、カルボ
ジイミド試薬、イソシアナート類、ジアゾニウム化合物
等を用いる各種の架橋固定化方法を利用できる。Although it is possible to immobilize pyruvate oxidase and other proteins on these carriers by physical adsorption, in the present invention, in order to obtain an immobilization product that can be used continuously and stably, It fixes pyruvate oxidase and other proteins. As a method for chemically immobilizing a protein containing an enzyme on a carrier, a reagent that reacts with a carbonyl group, an amino group, an imino group or the like in the protein, for example, glutaraldehyde, a carbodiimide reagent, an isocyanate, a diazonium compound or the like is used. Various crosslinking immobilization methods can be used.
【0022】例えば、無水溶媒中でγ−アミノプロピル
トリエトキシシラン等のアミノアルキルアルコキシシラ
ンを担体表面に接触させ、加熱により担体表面をアミノ
シラン化する。この表面処理担体に2つ以上の官能基を
もつアルデヒド(例えばグルタルアルデヒド等)水溶液
を接触させホルミル化する。この後、緩衝液に溶解した
タンパク質を接触させることにより、タンパク質分子中
のアミノ基がホルミル基と反応し、固定化が行われる。
この方法の利点として、ホルミル化とタンパク質の結合
の段階が分かれているために、過剰の多官能性アルデヒ
ドとタンパク質が直接接触することがなく、タンパク質
が酵素である時に不必要な失活を防げる点である。この
方法にはケイ酸系担体が好ましい。もちろん反応条件を
調整することによりこれ以外の固定化方法を利用するこ
とも可能である。For example, an aminoalkylalkoxysilane such as γ-aminopropyltriethoxysilane is brought into contact with the surface of the carrier in an anhydrous solvent, and the surface of the carrier is aminosilanized by heating. The surface-treated support is contacted with an aqueous solution of an aldehyde having two or more functional groups (eg, glutaraldehyde) to formylate. Thereafter, the protein dissolved in the buffer is brought into contact with the amino group in the protein molecule to react with the formyl group to immobilize the protein.
The advantage of this method is that there is no direct contact between excess polyfunctional aldehyde and protein due to the separate steps of formylation and protein binding, which prevents unnecessary deactivation when the protein is an enzyme. It is a point. Silica-based carriers are preferred for this method. Of course, other immobilization methods can be used by adjusting the reaction conditions.
【0023】高い被覆率を得るためには、酵素液、タン
パク質液を高濃度にして、長時間反応させることが好ま
しい。なお、ピルビン酸オキシダーゼとピルビン酸オキ
シダーゼ以外のタンパク質を固定化する場合、最初から
両者の混合液を調製して固定化してもよいし、また最初
にどちらかを固定化しておきそれに別のタンパク質ある
いは酵素を後添加することにより固定化を行ってもよ
い。これは利用する酵素、タンパク質により化学結合に
用いる架橋試薬との反応性が異なる場合に使い分けるこ
とが可能である。In order to obtain a high coverage, it is preferable to increase the concentration of the enzyme solution and the protein solution and allow them to react for a long time. When immobilizing pyruvate oxidase and a protein other than pyruvate oxidase, a mixture of both may be prepared and immobilized from the beginning, or either one may be immobilized first and another protein or Immobilization may be performed by post-adding the enzyme. This can be used properly when the reactivity with the cross-linking reagent used for chemical bonding differs depending on the enzyme or protein used.
【0024】また最初にピルビン酸オキシダーゼを固定
化し、次に高濃度の他のタンパク質溶液の固定化を行う
と、高被覆率が得やすい利点がある。例えばピルビン酸
オキシダーゼと他のタンパク質として牛血清アルブミン
を固定化させた場合、ピルビン酸オキシダーゼに比べ
て、牛血清アルブミンは架橋試薬との反応性、タンパク
質の大きさ、形状が異なることから、担体と固定化しや
すい。そのためピルビン酸オキシダーゼを先に固定化す
ることにより牛血清アルブミンのみが多量に固定化され
るのを防ぐことができる。When pyruvate oxidase is first immobilized and then another protein solution having a high concentration is immobilized, there is an advantage that a high coverage can be easily obtained. For example, when bovine serum albumin is immobilized as pyruvate oxidase and another protein, bovine serum albumin differs from pyruvate oxidase in reactivity with a cross-linking reagent, protein size, and shape. Easy to fix. Therefore, by immobilizing pyruvate oxidase first, it is possible to prevent immobilization of only a large amount of bovine serum albumin.
【0025】固定化に用いるピルビン酸オキシダーゼと
しては、エシェリヒア属、ペディオコッカス属、アエロ
バクター属、ラクトバチルス属等の細菌などから分離さ
れる各種の酵素を対象とすることができる。また担体上
に固定化されるピルビン酸オキシダーゼ以外のタンパク
質としては、コラーゲン、エラスチン、フィブロイン等
の構造タンパク質、およびその部分分解物であるゼラチ
ン等のタンパク質、アルブミン、グロブリン等の血清タ
ンパク質、カゼイン、オボアルブミン等のタンパク質、
および各種の酵素分子やその変性物を利用することがで
きる。酵素分子を利用する時には、積極的にその酵素活
性を利用する場合と、単純にタンパク質として存在させ
る場合があり、後者では酵素活性をなくした変性物を利
用することができる。もちろんピルビン酸オキシダーゼ
以外のタンパク質として2種類以上のタンパク質を用い
てもよい。As the pyruvate oxidase used for immobilization, various enzymes isolated from bacteria such as Escherichia, Pediococcus, Aerobacterium, Lactobacillus and the like can be targeted. Examples of proteins other than pyruvate oxidase immobilized on a carrier include structural proteins such as collagen, elastin and fibroin, and proteins such as gelatin which is a partial degradation product thereof, serum proteins such as albumin and globulin, casein, ovo. Proteins such as albumin,
And various enzyme molecules and modified products thereof can be used. When an enzyme molecule is used, it may be positively used for its enzyme activity or may simply exist as a protein. In the latter case, a modified product with no enzyme activity can be used. Of course, two or more kinds of proteins may be used as the protein other than pyruvate oxidase.
【0026】ピルビン酸オキシダーゼとピルビン酸オキ
シダーゼ以外のタンパク質を共同固定化することにより
ピルビン酸オキシダーゼの安定化が実現される理由は明
瞭ではないが以下のように推定される。ピルビン酸オキ
シダーゼは耐熱性が低く、比較的弱い分子内水素結合等
により分子構造が保たれており、また酵素分子間の水素
結合では安定性を向上する効果がないものと考えられ
る。そのために加熱等により容易に分子構造が破壊され
るが、担体表面に固定化することにより酵素分子近傍に
ピルビン酸オキシダーゼ以外のタンパク質分子が接近す
ることになり、このタンパク質分子と酵素分子の相互作
用により安定化が促進されるのであろう。一方溶液中で
は、ピルビン酸オキシダーゼと、他のタンパク質の間に
大量の水分子が存在するため、安定化効果が認められな
いものと考えられる。このため、担体表面で充分にピル
ビン酸オキシダーゼと他のタンパク質が接近することが
望ましく、担体の全比表面積の50%以上を被覆する必
要があり、より好ましくは70%以上被覆する。またピ
ルビン酸オキシダーゼとピルビン酸オキシダーゼ以外の
タンパク質の重量比率は、1:100〜10:1程度が
望ましく、感度の点から1:10〜5:1であることが
より望ましい。The reason why stabilization of pyruvate oxidase is realized by co-immobilizing pyruvate oxidase and a protein other than pyruvate oxidase is not clear, but is presumed as follows. Pyruvate oxidase has low thermostability and its molecular structure is maintained by a relatively weak intramolecular hydrogen bond, and it is considered that hydrogen bond between enzyme molecules has no effect of improving stability. Therefore, the molecular structure is easily destroyed by heating etc., but by immobilizing it on the surface of the carrier, protein molecules other than pyruvate oxidase come close to the enzyme molecule, and the interaction between this protein molecule and the enzyme molecule. Would promote stabilization. On the other hand, in the solution, a large amount of water molecules exist between the pyruvate oxidase and the other protein, and it is considered that the stabilizing effect is not recognized. For this reason, it is desirable that pyruvate oxidase and other proteins are sufficiently close to each other on the surface of the carrier, and it is necessary to cover 50% or more, and more preferably 70% or more of the total specific surface area of the carrier. The weight ratio of pyruvate oxidase to proteins other than pyruvate oxidase is preferably about 1: 100 to 10: 1, and more preferably 1:10 to 5: 1 from the viewpoint of sensitivity.
【0027】上記のように調製されたピルビン酸オキシ
ダーゼ固定化体は安定に利用することができる。この固
定化体を利用する分析装置の、ピルビン酸オキシダーゼ
および少なくとも1種類のピルビン酸オキシダーゼ以外
のタンパク質を担体に化学結合し担体表面の50%以上
を被覆した酵素固定化体に緩衝液と混合された試料を接
触せしめる機構としては、バッチ式分析系を構成しても
よいし、担体をカラムに充填しフロー型の分析装置を作
成してもよい。The pyruvate oxidase-immobilized body prepared as described above can be stably used. Pyruvate oxidase and at least one kind of protein other than pyruvate oxidase are chemically bound to a carrier and 50% or more of the carrier surface is coated with an enzyme immobilization body of an analyzer using this immobilized body and mixed with a buffer solution. As a mechanism for bringing the sample into contact, a batch type analysis system may be configured, or a carrier may be packed in a column to form a flow type analysis device.
【0028】さらに試料中のピルビン酸若しくはその塩
と酵素固定化体の反応を電気化学的に検出する機構とし
ては、例えば、試料に含まれるピルビン酸等と酵素固定
化体の接触により消費される酸素、生成される過酸
化水素、もしくはピルビン酸オキシダーゼと電子の授
受を行う電子受容体の増減を電気化学的に検出する機構
が例示できる。Further, as a mechanism for electrochemically detecting the reaction between the pyruvic acid or its salt in the sample and the enzyme-immobilized body, for example, it is consumed by contacting the pyruvic acid or the like contained in the sample with the enzyme-immobilized body. A mechanism for electrochemically detecting increase / decrease in oxygen, hydrogen peroxide produced, or an electron acceptor that exchanges electrons with pyruvate oxidase can be exemplified.
【0029】消費された酸素を測定する酸素電極は、ガ
ルバニ型、クラーク型等各種公知のものを利用できる。
生成する過酸化水素を測定する過酸化水素電極として
は、アノード基体に炭素、白金、ニッケル、パラジウム
等を用い、カソード側に銀等を用いたものを利用でき
る。一般にアノードとしては、過電圧が低く高感度が得
られるという理由から白金を用いることが多い。そして
電極表面にポリシロキサン、アクリル樹脂、蛋白膜、ア
セチルセルロース膜等の選択透過膜を有している電極が
測定妨害物除去の観点から望ましい。As the oxygen electrode for measuring the consumed oxygen, various known electrodes such as galvanic type and Clark type can be used.
As the hydrogen peroxide electrode for measuring the hydrogen peroxide produced, one using carbon, platinum, nickel, palladium or the like for the anode substrate and silver or the like for the cathode side can be used. Generally, platinum is often used as the anode because of its low overvoltage and high sensitivity. An electrode having a selective permeation film such as polysiloxane, acrylic resin, protein film, and acetylcellulose film on the electrode surface is desirable from the viewpoint of removing measurement obstacles.
【0030】また、緩衝液中の溶存酸素を還元型ピルビ
ン酸オキシダーゼの電子受容体とするこれらの酸素電
極、過酸化水素電極を用いる方法では、溶存酸素に対す
るピルビン酸オキシダーゼのミカエリス定数に応じて、
測定レンジに制限がある。それを解消するために、各種
電子受容体を緩衝液中に共存させ、酸素濃度の影響を除
くことが可能である。たとえば、フェリシアン化カリウ
ム、フェナジンメトサルフェート、ジクロロインドフェ
ノール、フェロセンカルボン酸等のいわゆるメディエー
ターを用いて実施できる。この場合、還元型のメディエ
ーターを検出するために、炭素電極、白金電極等を用い
る。勿論、メディエーターは上記の酵素固定化体を用い
るバッチ型もしくはフロー型測定装置のいずれでも利用
可能である。Further, in the method using these oxygen electrode and hydrogen peroxide electrode in which the dissolved oxygen in the buffer solution is used as the electron acceptor of the reduced pyruvate oxidase, according to the Michaelis constant of pyruvate oxidase with respect to the dissolved oxygen,
The measurement range is limited. In order to eliminate this, various electron acceptors can be made to coexist in the buffer solution to eliminate the effect of oxygen concentration. For example, it can be carried out using a so-called mediator such as potassium ferricyanide, phenazine methosulfate, dichloroindophenol, and ferrocenecarboxylic acid. In this case, a carbon electrode, a platinum electrode, or the like is used to detect the reduced mediator. Of course, the mediator can be used in either a batch type or flow type measuring device using the above-mentioned enzyme-immobilized body.
【0031】測定に使用する緩衝液は、0.01〜10
mMのリン酸塩、0.1〜50μMのFAD、0.00
1〜1mMのTPP、および0.1〜10mMのマグネ
シウムイオンを含有する緩衝液であることが望ましい。
ピルビン酸オキシダーゼは無機リン酸を含む反応を触媒
するにもかかわらず、高濃度のリン酸塩により阻害され
る傾向があり、また低濃度すぎると充分な反応速度が得
られない。したがって緩衝液に含まれるリン酸塩濃度
は、0.01〜10mMであることが望ましい。ピルビ
ン酸オキシダーゼ固定化体が安定に作用するpH範囲は
6〜8であり、このリン酸塩を用いて溶液に緩衝能を持
たせてもよいし、その他の化合物を共存させて緩衝能を
持たせてもよい。The buffer used for the measurement is 0.01 to 10
mM phosphate, 0.1-50 μM FAD, 0.00
A buffer containing 1 to 1 mM TPP and 0.1 to 10 mM magnesium ion is preferable.
Although pyruvate oxidase catalyzes a reaction containing inorganic phosphate, it tends to be inhibited by a high concentration of phosphate, and if the concentration is too low, a sufficient reaction rate cannot be obtained. Therefore, the concentration of phosphate contained in the buffer solution is preferably 0.01 to 10 mM. The pH range in which the immobilized pyruvate oxidase stably acts is 6 to 8, and the phosphate may be used to give the solution a buffering ability, or other compounds may be allowed to coexist with the buffering ability. You may let me.
【0032】また従来FAD濃度を上げることによりピ
ルビン酸オキシダーゼの安定性が向上すると考えられて
いるが、本発明の固定化体に関してはFADがあまり極
端に高濃度であると逆に不安定化する傾向が認められ、
また低濃度すぎると反応速度が低下することから、0.
1〜50μMの範囲で添加することが望ましい。TPP
についても低濃度では反応が全く進行せず、また1mM
を越える濃度を添加しても反応速度、安定性とも変化が
ないことから、0.001〜1mMであることが望まし
い。Although it has been conventionally considered that the stability of pyruvate oxidase is improved by increasing the FAD concentration, the immobilization product of the present invention is destabilized if the FAD concentration is too high. A trend is recognized,
If the concentration is too low, the reaction rate will decrease, so
It is desirable to add in the range of 1 to 50 μM. TPP
Also, for low concentration, the reaction did not proceed at all, and 1 mM
Since there is no change in the reaction rate or stability even if a concentration exceeding the above is added, it is preferably 0.001 to 1 mM.
【0033】ピルビン酸オキシダーゼは前述のように各
種2価イオンで活性化されるが、2価イオンがカルシウ
ムイオン、マンガンイオン、コバルトイオン等ではリン
酸と沈澱を形成し分析操作を妨害する場合もあるため、
マグネシウムイオンを用いることが望ましい。またその
濃度としては、0.1mM以上で顕著な活性化効果が認
められ、10mMを越えると反応の阻害が認められる。
同時に10mMを越えるとpH、緩衝液の温度によりリ
ン酸マグネシウムの沈澱が生じる場合があり、0.1〜
10mMの濃度で添加することが好ましい。このように
して得られる本発明の測定装置は、長期間安定に、高精
度にピルビン酸(ピルビン酸の塩類も含む)を分析する
ことができる。Pyruvate oxidase is activated by various divalent ions as described above, but when divalent ions form a precipitate with phosphoric acid when calcium ions, manganese ions, cobalt ions, etc., and interfere with the analytical operation. Because there is
It is desirable to use magnesium ions. At a concentration of 0.1 mM or more, a remarkable activating effect is recognized, and when it exceeds 10 mM, the reaction is inhibited.
If it exceeds 10 mM at the same time, precipitation of magnesium phosphate may occur depending on the pH and the temperature of the buffer solution.
It is preferable to add it at a concentration of 10 mM. The thus-obtained measuring apparatus of the present invention can stably analyze pyruvic acid (including pyruvic acid salts) for a long time with high accuracy.
【0034】[0034]
【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明の内容をさら
に詳細に説明するが、もちろん本発明はこれらに限定さ
れるものではない。The contents of the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but of course the present invention is not limited thereto.
【0035】実施例1
フロー型測定装置を構成し本発明のピルビン酸オキシダ
ーゼ固定化体の安定性を確認した。
(1)固定化用担体の製造方法
耐火レンガ(30〜60メッシュ)150mgをよく乾
燥する。次に、10%γ−アミノプロピルトリエトキシ
シランの無水トルエン溶液に1時間浸漬した後、トルエ
ンおよびメタノールで洗浄し、120℃で2時間乾燥す
る。これを以下の実験で用いる担体とした。
(2)ピルビン酸オキシダーゼ固定化体およびカラムの
製造
こうしてアミノシラン化処理した担体を5%グルタルア
ルデヒド水溶液に1時間浸漬した後、蒸留水で洗浄し
た。次にpH7.0の10μMFADを含む10mMリ
ン酸ナトリウム緩衝液で置き換え、この緩衝液をできる
だけ除いておく。Example 1 The stability of the pyruvate oxidase-immobilized product of the present invention was confirmed by constructing a flow type measuring apparatus. (1) Manufacturing method of carrier for immobilization 150 mg of refractory brick (30 to 60 mesh) is thoroughly dried. Next, after soaking in an anhydrous toluene solution of 10% γ-aminopropyltriethoxysilane for 1 hour, it is washed with toluene and methanol and dried at 120 ° C. for 2 hours. This was used as a carrier used in the following experiments. (2) Production of Pyruvate Oxidase-Immobilized Body and Column The carrier thus treated with aminosilane was immersed in a 5% glutaraldehyde aqueous solution for 1 hour and then washed with distilled water. Then, it is replaced with a 10 mM sodium phosphate buffer containing 10 μM FAD having a pH of 7.0, and this buffer is removed as much as possible.
【0036】上記担体に10μMのFADを含む10m
Mリン酸ナトリウム緩衝液に溶解したペディオコッカス
属のピルビン酸オキシダーゼ20ユニット(タンパク質
として0.63mg相当)を添加し、4℃で16時間放
置する。その後、上清の一部分をとり酵素タンパク質量
をリンタングステン酸−フェノール試薬を用いる呈色反
応(Lowry改良法)により定量した。添加したピル
ビン酸オキシダーゼは、上清中にほとんど残っておら
ず、99%は担体上に固定化されていた。10μMFA
Dを含む10mMリン酸ナトリウム緩衝液に溶解した牛
血清アルブミン(シグマ社製、フラクション V)1m
gを既にピルビン酸オキシダーゼを固定化した前記の担
体に添加し、この状態でさらに4℃で16時間放置する
ことにより、担体上にピルビン酸オキシダーゼと牛血清
アルブミンを化学的に固定化した。その担体を10μM
FADを含む10mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH
7.0)で充分洗い、その洗液の一部分をとり再度固定
化されなかったタンパク質量を定量した。10 m containing 10 μM FAD in the above carrier
20 units of pediococcus pyruvate oxidase (corresponding to 0.63 mg as protein) dissolved in M sodium phosphate buffer is added, and the mixture is allowed to stand at 4 ° C for 16 hours. Then, a part of the supernatant was taken and the amount of enzyme protein was quantified by a color reaction (Lowry improved method) using a phosphotungstic acid-phenol reagent. Almost no added pyruvate oxidase remained in the supernatant, and 99% was immobilized on the carrier. 10 μMFA
Bovine serum albumin (Sigma, fraction V) 1 m dissolved in 10 mM sodium phosphate buffer containing D
g was added to the above-mentioned carrier on which pyruvate oxidase had already been immobilized, and this state was allowed to stand at 4 ° C. for 16 hours to chemically immobilize pyruvate oxidase and bovine serum albumin on the carrier. The carrier is 10 μM
10 mM sodium phosphate buffer containing FAD (pH
It was thoroughly washed with 7.0), and a part of the washing solution was taken to quantify the amount of protein that was not immobilized again.
【0037】この酵素固定化担体を内径3.5mm、長
さ30mmのカラムに充填しピルビン酸オキシダーゼ固
定化カラムとした。
(3)担体被覆率の測定
(1)で得れらたのと同じアミノシラン化した担体を用
い酵素固定化の場合と同様にグルタルアルデヒドを作用
させホルミル化担体を作成した。pH7.0の10mM
リン酸緩衝液に牛血清アルブミンを0.1〜10mg/
mlの各種濃度で溶解し、この溶液1mlをホルミル化
担体に接触させる。4℃で16時間放置後、大量の蒸留
水で洗浄する。担体に結合したタンパク質量を硫酸分解
後、アンモニア量を測定することにより化学結合した総
タンパク質量を算出する(ケルダール法)。そして牛血
清アルブミン濃度を無限大に外挿した場合の平衡結合量
を求めた。同様の実験をアルブミンをピルビン酸オキシ
ダーゼに変更して行った。A column having an inner diameter of 3.5 mm and a length of 30 mm was packed with the enzyme-immobilized carrier to obtain a pyruvate oxidase-immobilized column. (3) Measurement of carrier coverage Using the same aminosilanized carrier obtained in (1), glutaraldehyde was allowed to act in the same manner as in the case of enzyme immobilization to prepare a formylated carrier. 10 mM at pH 7.0
0.1-10 mg / bovine serum albumin in phosphate buffer
It is dissolved at various concentrations of ml, and 1 ml of this solution is brought into contact with the formylated carrier. After leaving it at 4 ° C. for 16 hours, it is washed with a large amount of distilled water. After the amount of protein bound to the carrier is decomposed with sulfuric acid, the amount of ammonia is measured to calculate the total amount of chemically bound protein (Kjeldahl method). Then, the equilibrium binding amount was calculated when the bovine serum albumin concentration was extrapolated to infinity. A similar experiment was conducted by changing albumin to pyruvate oxidase.
【0038】担体に対する牛血清アルブミンおよびピル
ビン酸オキシダーゼの平衡結合量はほぼ等しく、どちら
もこの担体に対して7.2mg/gであった。このよう
にして担体の1gあたりの表面積に比例する値を求め
た。つぎに(2)に前記したように、ピルビン酸オキシ
ダーゼのみをホルミル化担体に接触放置した後、上清の
残留酵素量を定量したところ、添加した酵素の99%以
上が担体に結合していた。実質的に酵素タンパク質は全
量が担体に結合したものと考えられる。つまり担体に対
して0.63mg/0.15g=4.2mg/gの酵素
タンパク質が結合したことになる。The equilibrium binding amounts of bovine serum albumin and pyruvate oxidase to the carrier were almost equal, and both were 7.2 mg / g to this carrier. In this way, a value proportional to the surface area per 1 g of the carrier was obtained. Next, as described in (2) above, after leaving the pyruvate oxidase alone in contact with the formylated carrier, the amount of residual enzyme in the supernatant was quantified, and 99% or more of the added enzyme was bound to the carrier. . It is considered that substantially all of the enzyme protein is bound to the carrier. That is, 0.63 mg / 0.15 g = 4.2 mg / g of enzyme protein was bound to the carrier.
【0039】また牛血清アルブミンを接触した後の上清
残留アルブミン量は0.7mgであった。牛血清アルブ
ミンの添加量は1mgであったから固定化された量は
0.3mgであり、担体1gあたりの被覆面積に比例す
る量は0.3mg/0.15g=2mg/gであった。The amount of residual albumin in the supernatant after contact with bovine serum albumin was 0.7 mg. Since the added amount of bovine serum albumin was 1 mg, the immobilized amount was 0.3 mg, and the amount proportional to the coated area per 1 g of the carrier was 0.3 mg / 0.15 g = 2 mg / g.
【0040】[0040]
【数1】(4.2+2)/7.2=0.86
したがって実施例1では担体表面の86%が被覆された
担体が得られたことになる。
(4)過酸化水素電極の製造方法
直径2mmの白金線の側面を熱収縮テフロンで被覆し、
その線の一端をやすりおよび1500番のエメリー紙で
平滑に仕上げる。この白金線を作用極、1cm角型白金
板を対極、飽和カロメル電極を参照極として、0.1M
硫酸中、+1.4Vで10分間の電解処理を行う。その
後白金線をよく洗浄し、40℃で10分間乾燥する。次
に10%γ−アミノプロピルトリエトキシシランの無水
トルエン溶液に1時間浸漬後、洗浄する。20mgの牛
血清アルブミンを蒸留水1mlに溶解し、その中にグル
タルアルデヒドを0.2%になるように加える。この溶
液を手早く先に用意した白金線上に5μlのせ、40℃
で15分間乾燥硬化する。これを過酸化水素電極とす
る。
(5)酵素固定化体を用いる測定装置
測定には、図1に示されるフロー型測定装置を使用し
た。まず緩衝液リザーバー(1)には10μMのFA
D、0.1mMのTPP、1mMの塩化マグネシウム、
および50mM塩化カリウムを含む10mMリン酸ナト
リウム緩衝液(pH7.0)が貯留されている。この緩
衝液は送液ポンプ(2)により連続的に送液される。送
液速度は1.0ml/分である。オートサンプラ(3)
より注入されたピルビン酸を含む試料は、恒温槽(4)
に送られる。恒温槽は25±0.2℃に制御されてい
る。恒温槽内のピルビン酸オキシダーゼ固定化体を充填
したカラム(5)内を試料が通過する際に、ピルビン酸
は酸化され、過酸化水素が生成する。生成した過酸化水
素を過酸化水素電極(6)で検知する。過酸化水素電極
(6)には銀/塩化銀参照電極(7)に対して+0.6
Vの電圧が印加されている。なお過酸化水素電極を装着
した測定セル(8)までの配管は内径0.5mmのフッ
素樹脂チューブ(9)であり、測定セルの出口側には内
径0.5mm、長さ5mmのステンレス配管が使用され
ており、これを対極として用いて、3電極形式をとって
いる。このステンレス配管は更にフッ素樹脂チューブ
(10)に接続されている。## EQU1 ## (4.2 + 2) /7.2=0.86 Therefore, in Example 1, a carrier in which 86% of the carrier surface was coated was obtained. (4) Method for manufacturing hydrogen peroxide electrode The side surface of a platinum wire having a diameter of 2 mm is coated with heat-shrinkable Teflon,
One end of the wire is smoothed with a file and a No. 1500 emery paper. Using this platinum wire as a working electrode, a 1 cm square platinum plate as a counter electrode, and a saturated calomel electrode as a reference electrode, 0.1M
Electrolyte in sulfuric acid at +1.4 V for 10 minutes. After that, the platinum wire is thoroughly washed and dried at 40 ° C. for 10 minutes. Next, it is immersed in an anhydrous toluene solution of 10% γ-aminopropyltriethoxysilane for 1 hour and then washed. 20 mg of bovine serum albumin is dissolved in 1 ml of distilled water, and glutaraldehyde is added to the solution in an amount of 0.2%. Place 5 μl of this solution on the platinum wire prepared earlier, and keep it at 40 ° C.
Dry cure for 15 minutes. This is used as a hydrogen peroxide electrode. (5) Measuring apparatus using enzyme-immobilized body The flow type measuring apparatus shown in FIG. 1 was used for the measurement. First, 10 μM FA was added to the buffer reservoir (1).
D, 0.1 mM TPP, 1 mM magnesium chloride,
And a 10 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0) containing 50 mM potassium chloride is stored. This buffer solution is continuously sent by the solution sending pump (2). The liquid feeding rate is 1.0 ml / min. Autosampler (3)
The sample containing pyruvic acid injected from the
Sent to. The constant temperature bath is controlled at 25 ± 0.2 ° C. When the sample passes through the column (5) filled with the immobilized pyruvate oxidase in the thermostat, pyruvic acid is oxidized and hydrogen peroxide is produced. The produced hydrogen peroxide is detected by the hydrogen peroxide electrode (6). +0.6 for the silver / silver chloride reference electrode (7) for the hydrogen peroxide electrode (6)
The voltage of V is applied. The piping up to the measurement cell (8) equipped with a hydrogen peroxide electrode was a fluororesin tube (9) with an inner diameter of 0.5 mm, and a stainless steel pipe with an inner diameter of 0.5 mm and a length of 5 mm was installed on the outlet side of the measurement cell. It is used as a counter electrode and takes a three-electrode type. This stainless steel pipe is further connected to a fluororesin tube (10).
【0041】電流値の変化は、ポテンシオスタット(1
1)によって電圧変換され、A/D変換器(12)でデ
ジタル化後、マイクロコンピュータ(13)で解析され
る。試料のない場合の電流値を基準とし、試料が通過す
る際に検知される過酸化水素によるピーク電流との差を
検出値として算出する。この値はプリンター(14)に
出力される。なお(15)は廃液リザーバーである。
(6)安定性の実験方法
上記のピルビン酸測定装置を用いて、10mMのピルビ
ン酸リチウムを含む試料を5μlずつ2分間隔で注入
し、300回注入した場合の電流値の変化を記録した。
(7)結果
図2は変化を明瞭にするため、10回毎の電流値を示す
ものである(○印)。この結果より長時間にわたり電流
値の低下は認められず、本発明の固定化体が安定に利用
可能であることを示している。The change in the current value depends on the potentiostat (1
The voltage is converted by 1), digitized by the A / D converter (12), and then analyzed by the microcomputer (13). Using the current value in the absence of the sample as a reference, the difference from the peak current due to hydrogen peroxide detected when the sample passes is calculated as the detected value. This value is output to the printer (14). In addition, (15) is a waste liquid reservoir. (6) Stability Experimental Method Using the pyruvate measuring apparatus described above, 5 μl of a sample containing 10 mM lithium pyruvate was injected at 2-minute intervals, and changes in current value when 300 times of injection were recorded. (7) Results FIG. 2 shows the current value every 10 times in order to clarify the change (marked with a circle). As a result, no decrease in current value was observed over a long period of time, indicating that the immobilized body of the present invention can be stably used.
【0042】比較例1
(1)実験方法
固定化用担体、測定装置等は実施例1と同様である。た
だし、ピルビン酸オキシダーゼ固定化体を製造する際
に、牛血清アルブミンを添加せずにピルビン酸オキシダ
ーゼのみを固定化した。この固定化体を用いて安定性を
確認した。
(2)結果
ピルビン酸オキシダーゼのみをホルミル化担体に接触放
置した後、上清の残留酵素量を定量したところ、実施例
1と同様に添加した酵素の99%以上が担体に結合して
いた。つまり担体に対して4.2mg/gの酵素タンパ
ク質が結合したことになる。これは担体表面の58%を
酵素が被覆したことになる。Comparative Example 1 (1) Experimental Method The carrier for immobilization, the measuring device and the like are the same as in Example 1. However, when the pyruvate oxidase-immobilized product was produced, only pyruvate oxidase was immobilized without adding bovine serum albumin. The stability was confirmed using this immobilized body. (2) Results After the pyruvate oxidase alone was left in contact with the formylated carrier, the amount of residual enzyme in the supernatant was quantified. As a result, in the same manner as in Example 1, 99% or more of the added enzyme was bound to the carrier. That is, 4.2 mg / g of enzyme protein was bound to the carrier. This means that 58% of the surface of the carrier was coated with the enzyme.
【0043】図2は変化を明瞭にするため、10回毎の
電流値を示すものである(△印)。この結果より300
回の注入を行うことにより徐々に電流値の低下は認めら
れ、最終的に30%程度の感度低下が起きる。実施例1
と比較例1より本発明の固定化体が安定であることは明
瞭である。FIG. 2 shows the current value every 10 times in order to make the change clear (marked by Δ). 300 from this result
By performing the injections once, a gradual decrease in the current value is recognized, and finally a sensitivity decrease of about 30% occurs. Example 1
It is clear from Comparative Example 1 that the immobilized body of the present invention is stable.
【0044】実施例2
(1)実験方法
固定化用担体、測定装置等は実施例1と同様である。た
だし、ピルビン酸オキシダーゼ固定化体を製造する際の
方法が以下に述べるものに変更されている。安定性の確
認方法等は実施例1と同様である。
(2)ピルビン酸オキシダーゼ固定化体およびカラムの
製造方法
実施例1と同様にホルミル化担体を調製し、10μMの
FADを含む10mMリン酸ナトリウム緩衝液に溶解し
たピルビン酸オキシダーゼ10ユニット(タンパク質と
して0.32mg相当)と0.5mgの牛血清アルブミ
ンを同時に添加し、4℃で16時間放置する。その後、
上清の一部分をとりタンパク質量をリンタングステン酸
−フェノール試薬を用いる呈色反応により定量した。Example 2 (1) Experimental method The carrier for immobilization, the measuring device and the like are the same as in Example 1. However, the method for producing a pyruvate oxidase-immobilized product has been changed to that described below. The method for confirming the stability and the like are the same as in Example 1. (2) Method for producing immobilized pyruvate oxidase and column A formylated carrier was prepared in the same manner as in Example 1, and 10 units of pyruvate oxidase (0% as protein) were dissolved in a 10 mM sodium phosphate buffer containing 10 μM FAD. (Corresponding to .32 mg) and 0.5 mg of bovine serum albumin are added at the same time, and the mixture is allowed to stand at 4 ° C. for 16 hours. afterwards,
A part of the supernatant was taken and the amount of protein was quantified by a color reaction using a phosphotungstic acid-phenol reagent.
【0045】この酵素固定化担体を内径3.5mm、長
さ30mmのカラムに充填しピルビン酸オキシダーゼ固
定化カラムとする。
(3)結果
まず、ピルビン酸オキシダーゼおよびアルブミン混合液
をホルミル化担体に接触放置した後、上清の残留量を定
量したところ、添加したタンパク質の77%が担体に結
合していた。0.63mg/0.15g=4.2mg/
g、つまり担体に対して4.2mg/gの酵素タンパク
質が結合したことになる。A column having an inner diameter of 3.5 mm and a length of 30 mm is packed with this enzyme-immobilized carrier to obtain a pyruvate oxidase-immobilized column. (3) Results First, when the mixture of pyruvate oxidase and albumin was left in contact with the formylated carrier and the residual amount of the supernatant was quantified, 77% of the added protein was bound to the carrier. 0.63 mg / 0.15 g = 4.2 mg /
That is, 4.2 mg / g of the enzyme protein was bound to the carrier, that is, to the carrier.
【0046】4.2/7.2=0.58、実施例2では
担体表面の58%が被覆された。図3は変化を明瞭にす
るため、10回毎の電流値を示すものである(○印)。
この結果より長時間にわたり電流値の低下は認められ
ず、本発明の固定化体が安定に利用可能であることを示
している。4.2 / 7.2 = 0.58, and in Example 2, 58% of the surface of the carrier was coated. FIG. 3 shows the current value every 10 times in order to make the change clear (circle mark).
As a result, no decrease in current value was observed over a long period of time, indicating that the immobilized body of the present invention can be stably used.
【0047】比較例2
(1)実験方法
固定化用担体、測定装置等は実施例2と同様である。た
だし、ピルビン酸オキシダーゼ固定化体を製造する際
に、ピルビン酸オキシダーゼと牛血清アルブミン混合液
をホルミル化担体に接触させる時間を0.5時間とし
た。
(2)結果
ピルビン酸オキシダーゼと牛血清アルブミンをホルミル
化担体に0.5時間接触放置した後、上清の残留総タン
パク質量を定量したところ、接触時間が短いため添加タ
ンパク質の40%しか結合していず、担体1g当たり
2.1mg/gの酵素及びタンパク質が結合していた。
これは担体表面の30%を被覆したことになる。Comparative Example 2 (1) Experimental Method The carrier for immobilization, the measuring device and the like are the same as in Example 2. However, the time for contacting the mixture of pyruvate oxidase and bovine serum albumin with the formylated carrier at the time of producing the immobilized pyruvate oxidase was set to 0.5 hours. (2) Results Pyruvate oxidase and bovine serum albumin were left in contact with the formylated carrier for 0.5 hour, and the amount of residual total protein in the supernatant was quantified. Since the contact time was short, only 40% of the added protein was bound. However, 2.1 mg / g of enzyme and protein were bound per 1 g of the carrier.
This means that 30% of the surface of the carrier was covered.
【0048】図3に実施例2と比較するためにその結果
を示した(△印)。結合量が少ないため当然初期感度が
低いが、さらに300回の注入を行うことにより電流値
の低下が認められ、最終的に50%程度の感度低下が起
きた。実施例2との比較より担体表面の被覆率により安
定性に顕著な差異が認められることは明瞭である。The results are shown in FIG. 3 for comparison with Example 2 (marked with Δ). The initial sensitivity was naturally low because the amount of binding was small, but a decrease in current value was observed by further performing 300 times of injection, and finally a sensitivity decrease of about 50% occurred. It is clear from comparison with Example 2 that there is a significant difference in stability depending on the coverage of the carrier surface.
【0049】[0049]
【発明の効果】本発明により安定なピルビン酸オキシダ
ーゼ固定化体が得られると共に、ピルビン酸濃度を安定
かつ簡便に定量する装置を構成することが可能となっ
た。INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a stable pyruvate oxidase-immobilized product can be obtained, and an apparatus for stably and easily quantifying the concentration of pyruvate can be constructed.
【図1】図1は実施例において用いた本発明のピルビン
酸オキシダーゼ固定化体を用いる測定装置の1例であ
る。FIG. 1 is an example of a measuring device using the immobilized pyruvate oxidase of the present invention used in Examples.
【図2】図2は実施例1(○印)、比較例1(△印)の
結果を示したものである。横軸は注入回数、縦軸は10
mMピルビン酸リチウム溶液を5μl注入した場合の出
力電流値(μA)である。FIG. 2 shows the results of Example 1 (◯ mark) and Comparative Example 1 (Δ mark). The horizontal axis represents the number of injections, and the vertical axis represents 10.
It is an output current value (μA) when 5 μl of a mM lithium pyruvate solution is injected.
【図3】図3は実施例2(○印)、比較例2(△印)の
結果を示したものである。横軸は注入回数、縦軸は10
mMピルビン酸リチウム溶液を5μl注入した場合の出
力電流値(μA)である。FIG. 3 shows the results of Example 2 (marked with ◯) and Comparative Example 2 (marked with Δ). The horizontal axis represents the number of injections, and the vertical axis represents 10.
It is an output current value (μA) when 5 μl of a mM lithium pyruvate solution is injected.
1 緩衝液リザーバー 2 送液ポンプ 3 オートサンプラ 4 恒温槽 5 ピルビン酸オキシダーゼ固定化体カラム 6 過酸化水素電極 7 銀/塩化銀電極 8 測定セル 9 フッ素樹脂チューブ 10 フッ素樹脂チューブ 11 ポテンシオスタット 12 A/D変換器 13 マイクロコンピュータ 14 プリンター 15 廃液リザーバー 1 buffer reservoir 2 Liquid feed pump 3 Autosampler 4 constant temperature bath 5 Pyruvate oxidase-immobilized column 6 Hydrogen peroxide electrode 7 Silver / silver chloride electrode 8 measuring cells 9 Fluororesin tube 10 Fluororesin tube 11 Potentiostat 12 A / D converter 13 Microcomputer 14 Printer 15 Waste liquid reservoir
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01N 27/26 7235−2J (72)発明者 林 隆造 兵庫県尼崎市常光寺4丁目3番1号 神崎 製紙株式会社神崎工場内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Reference number within the agency FI Technical indication location G01N 27/26 7235-2J (72) Inventor Ryuzo Hayashi 4-3-1, Jokoji, Amagasaki City, Hyogo Prefecture Kanzaki Paper Co., Ltd. Kanzaki Mill
Claims (3)
それ以外のタンパク質を化学的に固定化した酵素固定化
体であって、ピルビン酸オキシダーゼ及びそれ以外のタ
ンパク質が、担体表面の50%以上を被覆している酵素
固定化体。1. An enzyme-immobilized body in which pyruvate oxidase and other proteins are chemically immobilized on a carrier, and 50% or more of the carrier surface is covered with pyruvate oxidase and other proteins. Immobilized enzyme.
アルデヒドでホルミル化し、さらにピルビン酸オキシダ
ーゼ及びそれ以外のタンパク質で被覆してなる請求項1
記載の酵素固定化体。2. The carrier is aminosilanized, then formylated with a polyfunctional aldehyde, and further coated with pyruvate oxidase and other proteins.
The immobilized enzyme described.
化体に緩衝液中の試料を接触せしめる機構、並びに試料
中のピルビン酸若しくはその塩と酵素固定化体の反応を
電気化学的に検出する機構を有するピルビン酸測定装
置。3. A mechanism for bringing a sample in a buffer into contact with the enzyme-immobilized body according to claim 1 or 2 and a reaction between pyruvic acid or a salt thereof in the sample and the enzyme-immobilized body is electrochemically performed. A pyruvic acid measuring device having a detecting mechanism.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19146491A JPH0530973A (en) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Immobilized enzyme substance and apparatus for measurement using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19146491A JPH0530973A (en) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Immobilized enzyme substance and apparatus for measurement using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0530973A true JPH0530973A (en) | 1993-02-09 |
Family
ID=16275087
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19146491A Pending JPH0530973A (en) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Immobilized enzyme substance and apparatus for measurement using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0530973A (en) |
-
1991
- 1991-07-31 JP JP19146491A patent/JPH0530973A/en active Pending
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