DE2237940C3 - Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Harnsäure - Google Patents
Verfahren zur quantitativen Bestimmung von HarnsäureInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur quanti»ativen photometrischen Bestimmung von Harnsäure,
welches vollenzymatisch durchgeiJhrt werden kann,
wobei die Ergebnisse im irahen UV-Bereich eines
Photometers abgelesen werden.
Es sind bisher grundsätzlich zwei Methoden zur Harnsäurebestimmung bekannt geworden.
Im einen Fall wird Harnsäure durch Phosphor-Wolframsäure
oxidiert und das bei der Reaktion entstandene Phosphor-Wolfram-Blau kolorimetrisch gemessen. Bei
diesem Verfahren können naturgemäß andere reduzierende Stoffe, wie z. B. Medikamente oder reduzierende
Metaboliten stören.
Im zweiten Fall (Harnsäurebestimmung nach Praetorius)
wird Harnsäure mittels Uricase zu Allantoin abgebaut, wobei die Absorptionsabnahme der Harnsäure im
Bereich von 293 Γημ ein Maß für deren Konzentration darstellt. Dieses Verfahren ist, wie die meisten Enzymreaktionen
recht spezifisch, jedoch stört die Eigenabsorption des Proteinanteils des Enzyms ebenso, wie andere
in der Probe enthaltende Eiweißstoffe, so daß falsche Ergebnisse auftreten können.
Um den genannten Nachteilen zu entgehen, ist vorgeschlagen worden, das bei der enzymatischen Umsetzung
der Harnsäure mittels Uricase entstehende Wasserstoffperoxid kolorimetrisch zu bestimmen
(Bernt und Lorentz; Anal. Biochem. 1969). Die Bestimmung beruht auf der Oxidation von O-Dianisidin
mittels Peroxidase zu einem Farbstoff.
Obwohl hierbei die Extinktion im günstigen sichtbaren Bereich des Spektrums gemessen werden kann,
besitzt das Verfahren Nachteile, die es für die Praxis ungeeignet machen. Zum einen wird die Verwendung von
Dianisidin heute wegen der Gefahr cancerogener Wirkung
vermieden und zum anderen wird auch dieses Verfahren durch Proteine gestört, so daß sich eine Enteiweißung
vor der Bestimmung nicht vermeiden läßt
Weiterhin ist ein Verfahren bekannt geworden (DE-OS 21 49 675), in dem Methanol durch das enzymatisch
ίο gebildete Wasserstoffperoxid in Gegenwart von
Katalase zu Formaldehyd oxidiert wird, der dann in Gegenwart eines Ammoniumsalzes nach der
Hantzsch'schen Reaktion mit Acetylaceton zu 3,5-Diacetyl-l,4-dihydrolutidin umgesetzt wird. Die der Harns3ure-Konzentration
proportionale Konzentration des gelben Farbstoffs kann bei 410 ιημ kolorimetrisch bestimmt
werden. Das Verfahren stellt zwar eine Verbesserung vorbekannter Bestimmungsmethoden dar, ist
jedoch im Hinblick auf die Einhaltung bestimmter Reaktionsparameter umständlich. So ist z. B. ein auf
37°C thermostatisiertes Bad erforderlich, in dem zur Entwicklung des Lutidinfarbstoffs mindestens 30 Minuten,
praktisch jedoch über eine Stunde, inkubiert werden muß. Außerdem erfolgt der letzte Schritt nicht
enzymatisch und kann deshalb durch reduzierende oder oxidierende Bestandteile der Probe, welche mit dem
empfindlichen Forma'dehyd reagieren, gestört werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
Harnsäurenachweis zu entwickeln, der vollenzymatisch
jo durchgeführt werden kann und der in kurzer Zeit, ohne
umständliche Inkubation ein von Störsubstanzen unbeeinflußtes quantitatives Ergebnis liefert.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Harnsäure, in
welchem man auf eine Harnsäure enthaltende Probe Uricase und Katalase in Gegenwart von Äthanol unter
Luftzutritt einwirken läßt, dadurch gelöst, daß man den entstandenen Acetaldehyd unter Einwirkung von Alkoholdehydrogenase
mit NADH zu Ätbrvnol rückreduziert und die Abnahme der NADH-Konzentration durch
spektrophotometrische Bestimmung mißt, wobei das Verfahren bei einem pH von 6,8—7,1 durchgeführt wird
und dem Reaktionsgemisch so viel Äthanol zugegeben wird, daß dessen Konzentration die Grenzen von 0,3 bis
■r> 0,7 Vol.% nicht überschreitet.
Erfindungsgemäß wird also das bei der Allantoin-Reaktion in der Harnsäure freiwerdende Wasserstoffperoxid
in gegenwart von Katalase mit Äthanol umgesetzt. Der dabei gebildete Acetaldehyd wird von
w NADH in Anwesenheit von Alkoholdehydrogenase zu Äthanol rückreduziert, wobei die Abnahme der NADH-Konzentration,
die spektrophotometrisch in dem günstigen Bereich von 340 bzw. 366 Γημ gemessen werden
kann, dem Harnsäuregehalt der Probe proportional
Es handelt sich hier zwar um an sich bekannte Einzelschritte, die jedoch bisher nicht kombiniert wurden, weil
angenommen werden mußte, daß sich die Reaktionen gegenseitig stören. Zur besseren Übersicht wird der
w) Reaktionsweg im folgenden schematisch aufgezeichnet.
Λ: Harnsäure + 2 H2O + O2
Uricasc Allantoin + H2O2 + CO2
Ii: H2O3 + Älhanol
C: Acetaldehyd+ NADII +II* Äthano, + NAD
Es ist bekannt, daß die drei Schritte bei verschiedenen
pH-Optima ablaufen: A: pH 9,3; B: pH 7,0; C: pH 6,5. Besonders kritisch ist das relativ alkalische pH-Optimum
der Uricasereaktion (A) im Hinblick auf die bekanntermaßen stark pH-abhängige Gleichgewichtseinstellung
der Reaktion C:
Es ist ferner bekannt, daß die Reaktion C durch in der
Probe vorhandenes Äthanol gestört wird. Weiterhin weiß man, daß Katalase kein ausschließlich peroxidatisch
wirkendes Enzym ist, sondern, vor allem bei geringen Alkoholkonzentrationen, aus Wasserstoffperoxid
vorwiegend direkt Sauerstoff freimacht, der als solcher nicht in der Lage ist, mit Äthanol zu reagieren.
Da nun einerseits die Reaktion B für einen quantitativen
Umsatz des Wasserstoffperoxids eine hohe Alkoholkonzentration erfordert, wohingegen gerade
Äthanol auf den Ablauf der Reaktion C inhibierend wirkt (vgi Methoden der enzymatischen Analyse von
H. U. Bergmeyer, 1962, Seite 292), ist es als überraschend
anzusehen, daß kritische Bedingungen gefunden werden konnten, die es ermöglichen, die Verfahrensschritte B und C zu kombinieren, ohne den quantitativen
Ablauf der Gesamtreaktion wesentlich zu beeinflussen. Durch zusätzliche Kombination der Schritte B
und C mit dem Verfahrensschritt A werden die Verhältnisse naturgemäß noch unübersichtlicher.
Bei Einhaltung der obengenannten Bedingungen lassen sich überraschenderweise die Verfahren A, B und
C kombinieren; man erhält ausgezeichnet korrelierende
Ergebnisse und die Reaktion wird weder durch Eiweiß Jo
noch durch Fremdstoffe nennenswert gestört. Da entstandener Acetaldehyd auch bei Raumtemperatur sofort
von NADH reduziert und so aus dem Gleichgewicht entfernt wird, ist die Reaktion auch gegen reduzierende
Störsubstanzen relativ unempfindlich.
Das Verfahren wird vorzugsweise bei pH 7 durchgeführt Die optimale Alkoholkonzentration liegt bei 0,5
Vol.%.
Als Puffer hat sich besonders ein Phosphat-Puffer, bestehend au«: 3,522 g Kaliumdihydrogenphosphat und w
7,268 g Dinatriumhydrogenphosphat, gelöst in 1000 ml
Wasser bewährt Er puffert bei pH 7,0.
Obwohl der Verfahrensschritt C im Falle üblicher Acetaldehydbestimmungen normalerweise nur nach
Enteiweißung der Probe durchgeführt wird, hat es sich unerwartet gezeigt, daß sich beim erfindungsgemäßen
Verfahren ein Enteiweißungsschritt erübrigt (vgl. auch F ig. II).
Die Extinktion von NADH wird im nahen UV bei 340 bzw. 366 πιμ gemessen. so
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Raumtemperatur durchgeführt worden, wobei eine Thermostatisierung
entfallen kann. Das Analysenergebnis liegt bereits nach ca. 20 Minuten vor.
Gegenüber der einfachen Harnsäure-Bestimmung nach Praetorius muß das erhaltene Ergebnis zwar mit
einem zusätzlichen Korrekturfaktor versehen werden. Da es sich aber um eine sich konstant ergebende
mittlere Differenz handelt, wird die Genauigkeit kaum beeinträchtigt e>o
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfordert nur sehr kleine Probemengen (0,1 ml
Serum), so daß auch Bestimmungen im Kapillarplasma möglich sind.
In F i g. I ist eine F.ichkurve dargestellt, die mit einer f>5
wäßrigen Harnsäurelosung erstellt wurde.
In Fig. H ist eine Eicri'urve dargestellt, die mittels
eines Standardserums mit einem Sollgehalt von 5,9 mg% Harnsäure ermittelt wurde.
Aus den F i g, I und II ist die Linearität der Beziehung Extinktion-Harnsäurekonzentration ersichtlich.
In den Tabellen 1 und 2 sind die aus menschlichem
Serum erhaltenen Harnsäurewerte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den durch Absorptionsmessung
nach Praetorius erhaltenen Werten verglichen.
Im folgenden Beispiel soll die Durchführung des er findungsgemäßen Verfahrens näher erläutert werden.
Beispiel
a. Reagenzien und Reagenzlösungen
a. Reagenzien und Reagenzlösungen
1. Phosphat-Puffer:
3,522 g Kaliumdihydrogenphosphat und 7,268 g Dinatrium-hydrogenphosphat-dihydrat werden
in 1000 ml bidestilliertem Wasser gelöst
2. NADH-Lösung:
25 mg NADH werden in 10 ml einer einprozentigen Natriumbicarbonatlösuny gelöst Die Lösung
ist ca. 10 Tage haltbar.
3. Äthanol (absolut)
4. Alkohol-Dehydrogenase (Boehringer-Mannheün):
Kristallsuspension in 3,2 M Ammoniumsulfat-Ic5ung,
pH ca. 6.Sp.Aktivität 200 U/mg (25°C)
5. Katalase (Boehringer Mannheim):
Lösung in 30% Glycerin/10% ÄthanoLSpAktivität
2601)00 U/ml (25° C)
6. Uricase (Boehringer-Mannheim):
Lösung in 50% Glycerin pH 10,2 5OmM Glycin; 0,13 M Natriumcarbonat. Sp-Aktivität
4,5 U/mg (25° C)
7. Harnsäure-Standardlösung (5 mg/100 ml):
5 mg Harnsäure werden mit 0,1 n-Natronlauge gelöst und auf 100 ml aufgefüllt
8. Harnsäure-Standardserum (5,9 mg/100 ml):
Es wurde ein Standardserum der Firma Nyegaard (Seronorm®) eingesetzt.
b. Durchführung der Harnsäure-Bestimmung
In eine 1-cm-Küvette werden nacheinandar 2,0 ml
Phosphatpuffer (1), 0,15 ml NADH-Lösuig (2), 0.01 ml Äthanol, 0,01 ml Alkohol-dehydrogenase, 0,005 ml Katalase
und schließlich 0,1 ml der Probe pipettiert
Es wird nach jedem Pipettiercn kurz gemischt und der erste Extinktionswert (E\) bei 366 ΐημ 10 Minuten
nach Zugabe der Probe abgelesen. Unmittelbar nach dem Ablesen von E\ werden 10 μΐ Uricase einpipeUiert.
Nach weiteren 10 Minuten wird der zweite Extinktionswert (Ei) bei derselben Wellenlänge abgelesen. Der
Leorwcrt (L) wird gegen Wasser bestimmt.
Der Harnsäuregehalt wird wie folgt berechnet:
(£·, - E2) -L=AE
JE>- '31 = mg% Harnsäure
Der Faktor 131 wurde empirisch bestimmt (vgl. Tabelle
2).
Vergleichsversuche
1. Es wurden je 10 Proben desselben Serums parallel nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und nach dem
Verfahren nach Praetorius bestimmt.
Harnsäurebestimmung von 10 Proben
A: nach Praetorius (l-cm-Küvette, 293 ηιμ)
B: nach dem erfindungsgemä'ßen Verfahren (l-cm-Küvette, 366 ιημ)
Probe | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
1 | ||||||||||
mg % | 5.2 | 5,4 | 5,5 | 5,2 | 5,3 | 5,3 | 5,3 | 5.2 | 5.2 | |
A | 5,3 | 5,2 | 5.1 | 5,1 | 5,3 | 5,1 | 5,0 | 5,2 | 5,2 | 5.0 |
B | 5,0 | |||||||||
Aus der Tabelle 1 läßt sich für das erfindungsgemäße Verfahren statistisch ein Variationskoeffizient von 2,0%
berechnen, während sich aus dem Verfahren nach Fraeiorius ein Kueifi/ieiii vcjn 1,86% ctgiui.
2. 32 verschiedene menschliche Seren mit unterschiedlichem
Harnsäuregehalt wurden parallel nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und nach dem Verfahren
nach Praetorius bestimmt. In der Tabelle 2 sine
die Ergebnisse wiedergegeben, aus denen sich eine prozentuale Fehlerbreite der zu beobachtenden Ab
WCICIIUiIgCIi »Uli it.,™— i-T,vfu /κι crgSD. SJarsus errechne
-"> te sich der Faktor 131 (mittlerer Fehler 13%).
Die Berechnung der linearen Regression ergab da nach einen Koeffizienten von 1 =0,99.
Harnsäurebestimmung im menschlischen Serum
Ergebnisse der | Ergebnisse der | wertung nach dem | Ergebnisse der |
Bestimmung nach grafischen Aus- | erfindungs | B,vechnung mit dem | |
Praetorius | gemäßen Verfahren | Faktor 131 nach | |
(mg %) | dem erfindungs | ||
3.4 | gemäßen Verfahren | ||
(mg °/n) | 4.1 | (mg%) | |
3,0 | 5.5 | 33 | |
4.3 | 5,5 | 3,9 | |
5,8 | 6,2 | 5,2 | |
5,3 | 6,5 | sä | |
6,2 | 7,0 | 53 | |
6.6 | 6,2 | 6,2 | |
7.1 | 4,5 | 6,7 | |
6.2 | 8,0 | 5,9 | |
4,3 | 5,5 | 43 | |
/.v | 5,0 | 7(υ | |
5,3 | 8,1 | 5H? | |
4,6 | 9,5 | 43 | |
7,9 | 5,5 | 7,7 | |
9,3 | 7,3 | 9,1 | |
5.7 | 9,6 | 52 | |
7,5 | 6,9 | 7,0 | |
9.5 | 10,4 | 9a | |
7.0 | 6,5 | 6.6 | |
11,0 | 5,8 | 10,0 | |
6,2 | 6,2 | ta | |
5,7 | 7,0 | 54 | |
6,2 | 8,0 | 53 | |
6,6 | 4,7 | 6,7 | |
7,5 | 6,8 | 74 | |
4,7 | 3,7 | 44 | |
6,6 | 3,8 | 6,4 | |
3,4 | 62 | 34 | |
3,8 | 3,3 | 3,7 | |
6,8 | 4,4 | 6,0 | |
2,9 | 44 | 3,1 | |
4,1 | 4,2 | ||
43 | 43 | ||
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen |
Claims (4)
1. Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Harnsäure, in welchem man auf eine Harnsäure enthaltende
Probe Uricase und Katalase in Gegenwart von Äthanol unter Luftzutritt einwirken läßt, dadurch gekennzeichnet, daß man den entstandenen
Acetaldehyd unter Einwirkung von Alkoholdehydrogenase mit NADH zu Äthanol rückreduziert
und die Abnahme der NADH-Konzentration durch spektrophotometrische Bestimmung mißt, wobei das Verfahren bei einem pH von 6,8—7,1
durchgeführt wird und dem Reaktionsgemisch so viel Äthanol zugegeben wird, daß dessen Konzentration
die Grenzen von 0,3—0,7 Vol.% nicht überschreitet
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei einem pH von 7,0
durchgeführt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daü die Äthanol-Konzentration 03 Vol.%
beträgt.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ohne Thermostatisierung bei Raumtemperatur
durchgeführt wird.
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