JP4702341B2 - フェニルアラニンセンサ及びフェニルアラニン測定方法 - Google Patents
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Description
例えば、非特許文献1には、フェニルアラニンデヒドロゲナーゼ(フェニルアラニン脱水素酵素)、NAD+、ジアホラーゼ、さらにヨードニトロテトラゾリウムの混合液中に、フェニルアラニンを加えると生じたNADHによりテトラゾリウムがホルマザンとなり、その492nmの30分間の吸光度増加から、血漿中のフェニルアラニンを30〜1200μMの範囲で定量検出することを記載する。
非特許文献2には、スライドグラス上に組み換えフェニルアラニンデヒドロゲナーゼを固定化し、その上に形成した微小ウェル中に、ジアホラーゼ、NAD+、レサズリン、血液サンプルから抽出したフェニルアラニンの混合液を添加し、1時間後、酵素反応で生じた還元型レサズリンの蛍光を蛍光スキャナーで計測することにより、24〜780μMの濃度範囲でフェニルアラニンの検出ができることを記載する。
また、非特許文献3には、フェニルアラニンデヒドロゲナーゼ、NAD+、電子メディエーターとしての3,4−DHBをカーボンペーストの中に同時に包括固定した電極を用い、試薬を一切添加せず、ヒト尿中のフェニルアラニンの検出を酸化電流の増加より行い、0.5〜80mMの検出を実現できることを示している。
非特許文献4には、フェニルアラニンデヒドロゲナーゼを架橋法で共有結合固定化したアセチルセルロース膜をカーボン電極の先端に装着して、NAD+を含む緩衝液中で+700mVに電位設定して、フェニルアラニン添加時に酵素反応で生じるNADHの電気化学酸化電流を測定することにより、25μM〜9mMのフェニルアラニンの検出方法を記載する。
特許文献5には、試薬としてL−フェニルアラニン脱水素酵素と補酵素である酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)もしくは酸化型ニコチンアミドアデニンヌクレオチドリン酸(NADP+)および電子メディエーターを、少なくとも作用極と対極からなる電極系と一体化することによって構成される旨が開示されている。
また、分光学的測定法では試料の処理方法が煩雑で且つ分析時間に30分以上も要する問題があり、電流計測方法においてはフェニルアラニンの検出限界が100μMレベルと高かった。
作用極となる電極上に、フェニルアラニン脱水素酵素とジアホラーゼとを固定化する方法はメルカプトカルボン酸の自己集積化膜等を用いた共有結合法が簡便で同時固定化できるので好ましい。
フェニルアラニン基質とフェニルアラニン脱水素酵素との酵素反応により生じた還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NADH)又は還元型ニコチンアミドアデニンヌクレオチドリン酸から電子メディエーターに電子移動し、このメディエーターが還元型の電子メディエーターになる。
還元型の電子メディエーターの存在下において電極系に所定の電圧を印加すると基質濃度に応じて酸化電流が応答電流として出力される。
従って、本発明において電子メディエーターはNADH又はNADPHにより電気化学的に還元され、電極において酸化される可逆的反応物質であれば特に限定されない。
電子メディエーターとしてはフェロセン誘導体、キノン類、フェリシアン化カリウム、オスミウム錯体、ルテニウム錯体、フェノチアジン誘導体、フェナジンメトサルフェート誘導体、p−アミノフェノール、メルドーラブルー、2,6−ジクロロフェノールインドフェノールのいずれかが良く、フェロセン誘導体の代表例にはフェロセンメタノールがあり、キノン類の代表例にはベンゾキノンがある。
例えば、フェロセンメタノールは下記化学式のように酸化、還元反応を示す。
また、これにより容易に血中のフェニルアラニンを測定できる。
なお、正常人では血中フェニルアラニンは20〜110μMであるがフェニルケトン尿症患者は約120μM以上といわれている。
直径1.6mmの金ディスク電極を、2〜20mMになるようメルカプトカルボン酸のスクシンイミドエステルを溶かしたジメチルスルホキシド(DMSO)溶液に1〜2時間浸漬し、その自己組織化膜を形成した。
次いで約5%のポリアリルアミン(PAA)を溶かしたリン酸緩衝液(pH7.0)に30分〜1晩浸漬してPAAをこの自己組織化膜に結合させた。
さらに5%グルタルアルデヒド水溶液で30分から2時間処理した後、2mg/mLのフェニルアラニン脱水素酵素(PheDH)と2mg/mLのジアホラーゼ(DI)の等量混合液に30分〜一晩浸けて電極にこれらの酵素を同時に修飾した。
その構造を図1に模式的に示す。
なお、自己組織化膜を形成する際のメルカプトカルボン酸スクシンイミドエステルとしては、メルカプトプロピオン酸やメルカプトウンデカン酸等のスクシンイミドエステル体が利用可能であるが、鎖長が適当に長いメルカプトカルボン酸を用いて自己組織化膜を作製したほうが、その疎水性分子薄膜のバリヤ効果により、後のフェニルアラニンセンサの出力測定の際に血中などに含まれるアスコルビン酸、尿酸などの負電荷を持ち電気化学反応性の夾雑物質による妨害を受けにくくできることを新たに明らかにしており、現状ではメルカプトウンデカン酸スクシンイミドエステルの利用が好ましい。
また、さらに血中や食品サンプル中に共存するアスコルビン酸などの電気化学反応性物質の妨害を抑制したいときには、市販の陰イオン性ポリマーである商品名:Nafion(ナフィオン)(登録商標)の溶液を酵素固定化電極表面に滴下乾燥して、修飾電極を仕上げると有効である。
こうして作製した酵素固定化電極は、洗浄後使用時までは、酵素の活性を最適に保つグリシン‐KOH緩衝液(pH9.5)中に浸漬して、冷蔵保存した。
フェニルアラニンセンサの応答は、Gly−KOH緩衝液(pH9.5)に、NAD+を1.5mM、フェロセンメタノールを0.1 mM溶かした測定液中に酵素固定化電極をセットして測定した。
そこにフェニルアラニン溶液を順次添加し、0〜500mV(vs.Ag/AgCl)の電位範囲でサイクリックボルタンメトリー(CV)を用いて触媒電流の増加を調べた。
CVの走査速度は5mV/sで行った(1サイクルの測定で200秒)。
対極にはPt電極を、参照電極はAg/AgCl電極を使用した。
その構造を図2に模式的に示す。
作製したフェニルアラニンセンサは、図4に示すように、フェニルアラニン濃度の増加とともにCVにおける触媒電流の増加が観測された。
また、290mVでの触媒電流値とフェニルアラニン濃度の関係を図5に示した。
この結果から本センサのフェニルアラニン定量可能範囲は、20μM〜160μMであった。
また、比色法(均一系)で測定したPheDHフェニルアラニンに対するKm値は75μMであったが、一方、本センサのフェニルアラニンに対する見かけのKm値は42μMであり、高感度検出に有利であった。
本センサは比色法で測定したフェニルアラニン脱水素酵素自体とほぼ同様の基質特異性を示した。
フェニルアラニンに対する選択性が高いことが明らかになった。
本発明は血液中や食品中のフェニルアラニンの定量によりフェニルケトン尿症等の先天性代謝異常症早期診断や食品中の有用成分の検出に適用できる。
また、フェニルアラニン脱水素酵素とジアホラーゼを電極表面に直接共有結合固定化してあるため、電極を洗浄し、補酵素と電子メディエーターを加えた緩衝液中に浸漬すれば繰り返し使用できるので経済的である。
Claims (4)
- 電極上にフェニルアラニン脱水素酵素とジアホラーゼとを共有結合法により同時固定化した作用極と対極からなり、補酵素及び電子メディエーターを含有する試料液に浸漬してフェニルアラニンの濃度を測定するのに使用するものであることを特徴とするフェニルアラニンセンサ。
- 補酵素は、NADH又はNADPHである前記試料液に浸漬して使用するものであることを特徴とする請求項1記載のフェニルアラニンセンサ。
- 電子メディエーターは、フェロセン誘導体、キノン類、フェリシアン化カリウム、オスミウム錯体、ルテニウム錯体、フェノチアジン誘導体、フェナジンメトサルフェート誘導体、p−アミノフェノール、メルドーラブルー、2,6−ジクロロフェノールインドフェノールのいずれかである前記試料液に浸漬して使用するものであることを特徴とする請求項1又は2記載のフェニルアラニンセンサ。
- 生体中又は食品中に含まれるフェニルアラニンの測定方法であって、
請求項3記載のフェニルアラニンセンサを用いて、
フェニルアラニン脱水素酵素を触媒にしてフェニルアラニン基質からNAD+又はNADP+に電子移動反応をさせ、
生じたNADH又はNADPHからジアホラーゼを触媒として電子メディエーターに電子移動反応させて、所定の印加電圧下における還元型電子メディエーターの酸化応答電流値を測定することを特徴とするフェニルアラニンの濃度測定方法。
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