DE4122668C2 - Verfahren zur Bestimmung von Metallen mit der Hilfe von Proteinen - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung von Metallen mit der Hilfe von ProteinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von
Metallen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist bekannt, daß sich die strukturellen und/oder
funktionellen Eigenschaften metallhaltiger Proteine unter
dem Einfluß von Stoffen oder Stoffverbindungen, z. B.
Kohlenmonoxid, Kohlendioxid oder dgl. meßbar verändern.
Bisher war es jedoch nicht möglich, mit Proteinen als
Biosensoren Metallkonzentrationen in wässrigen Lösungen zu
bestimmen, wobei dies im wesentlichen auf deren begrenzte
Stabilität in z. B. nicht-physiologischen Lösungen
zurückzuführen war.
Aus der DE OS-20 57 237 ist eine Membran zum Nachweis und zur Bestimmung von
mehrwertigen Metallionen bekannt, wobei als polymere Matrix eine Membran aus
Ethylcellulose, Polyvinylchlorid, Celluloseacetat und Kollodium verwendet wird, wobei
in diese Polymermatrix ein Chelat bildendes Mittel eingebracht ist. Die Bindung der in
einer wässrigen Lösungen befindlichen Metalle durch ein Protein und die Bestimmung
der mit der Bindung der Metalle einhergehenden, veränderten funktionellen und/oder
strukturellen Eigenschaften des Proteins ist nicht entnehmbar.
Die DD 229 595 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von mit Chelatbildnern
gekoppelten Biomolekülen, wobei Säureanhydride als Chelatbildner eingesetzt werden.
Der gebildete Chelatbildner-Biomolekül-komplex wird zur In vivo- und In vitro-Diagnostik
in der Human- und Veterinärmedizin eingesetzt, wobei als zwingende Voraussetzung
Chelatbildner wie EDTA und DTPA erforderlich sind. Die Bindung von Metallen in
wässriger Lösung an Proteine und die Bestimmung der Veränderung der strukturellen
und/oder funktionellen Eigenschaften des Proteins sind nicht entnehmbar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur
Bestimmung von Metallen in wässrigen Lösungen
bereitzustellen, mit dem auf einfache Weise kritische
Konzentrationen oder Schwellenwerte meßbar sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterentwicklungen der
Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Gemäß der Erfindung werden in einer wässrigen Lösung
befindliche Metalle, wie Calcium, Magnesium oder
insbesondere Schwermetalle durch ein in diese Lösung
eingebrachtes Protein gebunden und die dadurch veränderten
funktionellen und/oder strukturellen Eigenschaften gemessen.
Als die zu bestimmenden Schwermetalle haben sich
erfindungsgemäß toxische Schwermetalle, wie Quecksilber,
Cadmium, Chrom, Zink, Blei, Cobalt, Kupfer oder dgl.
gezeigt.
Als geeignete Lösungen haben sich vorzugsweise wässrige
Lösungen eines pH-Wertes von pH 4 bis 11, insbesondere eines
pH-Wertes von 5 bis 9 gezeigt. Vorzugsweise werden dabei
sauerstoffbindende Proteine mit Eisen oder Kupfer als
Zentralatom eingesetzt. Auf Grund seiner hohen Stabilität in
wässrigen Lösungen mit sehr unterschiedlichen pH-Werten
sowie verschiedenster Zusammensetzungen hat sich dabei
Hämocyanin als besonders geeignet erwiesen. Diese Stabilität
auch in nicht-physiologischen Lösungen, unabhängig von ihrem
Gehalt an z. B. Chelatbildnern oder Salzkonzentrationen,
ermöglicht eine sowohl kontinuierliche wie auch
diskontinuierliche Bestimmung von Konzentrationen von
Metallionen. Eine Pufferung des die Metalle, die in der
Regel in ionogener Form vorliegen, enthaltenden Systems ist
nicht notwendig, kann jedoch in Abhängigkeit vom
beabsichtigten Zweck vorgenommen werden.
Von Hämocyaninen ist bekannt, daß sie reversibel Sauerstoff
binden, der in der Regel in wässrigen Lösungen vorhanden
ist. Durch die quantitativ und/oder qualitativ zu
bestimmenden Schwermetalle und/oder Metalle werden die
strukturellen und/oder funktionellen, insbesondere die
Sauerstoffbindungseigenschaften von Hämocyanin meßbar
verändert. In wässrigen Lösungen, z. B Abwässern,
Flußwässern, aber auch in körpereigenen Flüssigkeiten, liegt
in der Regel eine ausreichend hohe Sauerstoffkonzentration
vor, um Hämocyanine im wesentlichen vollständig mit
Sauerstoff zu sättigen. Die Verdrängung proteineigener
Metallatome durch die zu bestimmenden Metalle und/oder Ionen
sowie die Bindung der zu bindenden Metalle und/oder deren
Ionen an Seitengruppen, insbesondere die Sulfhydrilgruppen
der Cysteine und/oder Cystine führt zu einer Veränderung
der spektralen Eigenschaften und/oder des
Sauerstoffbindungsvermögens. Damit sind kritische
Konzentrationen an Metallionen, insbesondere
Schwermetallionen, oder Schwellenwerte davon meßbar. Diese
Veränderungen werden mittels gängiger Analyseverfahren,
insbesondere spektroskopischer Verfahren wie Absorption,
Fluoreszenz, Streulicht oder flammenphotometrisch gemessen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren eignet sich
ausgezeichnet zur qualitativen und/oder quantitativen
Bestimmung von im wesentlichen aller, die Eigenschaften
eines, insbesondere sauerstoffbindenden, Proteins
beeinflussender Faktoren. Es findet daher vor allem
Verwendung zur Bestimmung von Metallen und/oder
Schwermetallen im Bereich der Bestimmung von
umweltbelastenden Faktoren, aber auch im Bereich der
medizinischen Diagnostik.
Claims (8)
1. Verfahren zur Bestimmung von Metallen in wässrigen Lösungen unter Verwendung
von Proteinen, dadurch gekennzeichnet, daß Metalle durch ein in die wässrige Lösung
eingebrachtes Protein gebunden und die damit einhergehenden, veränderten
funktionellen und/oder strukturellen Eigenschaften des Proteins bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein sauerstoffbindendes
Protein eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, . daß als Metalle
toxische Metalle bestimmt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bestimmung der Metalle in einem pH-Bereich von pH 4 bis 11 durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Metalle an Stelle der proteineigenen Metallatome und/oder spezifischer Seitengruppen
gebunden werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als
sauerstoffbindende Proteine Hämocyanine eingesetzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß veränderte strukturelle
und/oder funktionelle Eigenschaften des Hämocyanins mittels spektroskopischer
Analyseverfahren bestimmt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderten
strukturellen und/oder funktionellen Eigenschaften des Hämocyanins kontinuierlich
und/oder akkumulativ über einen längeren Zeitraum bestimmt werden.
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DD229595A1 (de) * | 1984-12-14 | 1985-11-13 | Adw Ddr | Verfahren zur herstellung von mit chelatbildnern gekoppelten biomolekuelen |
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1991
- 1991-07-09 DE DE19914122668 patent/DE4122668C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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