RU2817282C1 - Photocolorimetric method for assessing dehydrogenase activity of protein extracts - Google Patents
Photocolorimetric method for assessing dehydrogenase activity of protein extracts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817282C1 RU2817282C1 RU2023126501A RU2023126501A RU2817282C1 RU 2817282 C1 RU2817282 C1 RU 2817282C1 RU 2023126501 A RU2023126501 A RU 2023126501A RU 2023126501 A RU2023126501 A RU 2023126501A RU 2817282 C1 RU2817282 C1 RU 2817282C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dehydrogenase activity
- potassium ferricyanide
- protein extracts
- assessing
- ferricyanide
- Prior art date
Links
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 101710088194 Dehydrogenase Proteins 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000284 extract Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 title claims abstract description 13
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 title claims abstract description 13
- -1 potassium ferricyanide Chemical compound 0.000 claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 6
- 239000012224 working solution Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 6
- YAGKRVSRTSUGEY-UHFFFAOYSA-N ferricyanide Chemical compound [Fe+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] YAGKRVSRTSUGEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 3
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 3
- 108020005199 Dehydrogenases Proteins 0.000 claims description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 5
- 125000003831 tetrazolyl group Chemical group 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M methylene blue Chemical compound [Cl-].C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- VMGAPWLDMVPYIA-HIDZBRGKSA-N n'-amino-n-iminomethanimidamide Chemical compound N\N=C\N=N VMGAPWLDMVPYIA-HIDZBRGKSA-N 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N pyrene Chemical compound C1=CC=C2C=CC3=CC=CC4=CC=C1C2=C43 BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOLDJAUMGUJJKM-LSDHHAIUSA-N renifolin D Natural products CC(=C)[C@@H]1Cc2c(O)c(O)ccc2[C@H]1CC(=O)c3ccc(O)cc3O BOLDJAUMGUJJKM-LSDHHAIUSA-N 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 241000361919 Metaphire sieboldi Species 0.000 description 1
- 241001302809 Schoenoplectus triqueter Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000005515 coenzyme Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N fluoranthrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=C22)=C3C2=CC=CC3=C1 GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011937 reductive transformation Methods 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для оценки дегидрогеназной активности белковых экстрактов, полученных из микроорганизмов, с помощью феррицианида калия. Белковые экстракты -новый тип биоэлектрокатализатора для биотопливных элементов. В состав белкового экстракта входит каскад ферментов и связанных с ними коферментных систем, осуществляющих окислительное и восстановительное превращения. При технологическом производстве белкового экстракта требуются методы оценки дегидрогеназной активности для контроля качества продукции.The invention relates to biotechnology and can be used to evaluate the dehydrogenase activity of protein extracts obtained from microorganisms using potassium ferricyanide. Protein extracts are a new type of bioelectrocatalyst for biofuel cells. The protein extract contains a cascade of enzymes and associated coenzyme systems that carry out oxidative and reductive transformations. Technological production of protein extract requires methods for assessing dehydrogenase activity to control product quality.
В настоящее время существует ряд фотоколориметрических методов для определения дегидрогеназной активности биообъектов.Currently, there are a number of photocolorimetric methods for determining the dehydrogenase activity of biological objects.
Фотоколориметрические методы с применением тетразолиевых солей основаны на способности дегидрогеназ отщеплять водород от различных субстратов (органических кислот, спиртов, углеводов и т.п.) и восстанавливать тетразолиевые соли до окрашенного формазана (патент RU 2 491137 C1 «Способ контроля эффективности рекультивации нарушенных тундровых почв различного гранулометрического состава посредством анализа активности дегидрогеназы», патент RU 2 387 996 C1 «Способ контроля очистки почв, загрязненных углеводородами, и нейтрализации углеводородных шламов посредством анализа активности дегидрогеназы», патент RU 2 199 211 С2 «Способ определения жизнеспособности коконов земляных червей», методические указания по санитарно микробиологическому исследованию почвы (утв. главным государственным санитарным врачом ссср 19.02.81 №2293-81 «Определение дегидрогеназной активности микроорганизмов», Zhang, Xinying, et al. "Responses of Scirpus triqueter, soil enzymes and microbial community during phytoremediation of pyrene contaminated soil in simulated wetland." Journal of Hazardous Materials 193 (2011): 45-51).Photocolorimetric methods using tetrazolium salts are based on the ability of dehydrogenases to abstract hydrogen from various substrates (organic acids, alcohols, carbohydrates, etc.) and reduce tetrazolium salts to colored formazan (
Данные способы на основе тетразолиевых солей характеризуются следующими недостатками:These methods based on tetrazolium salts are characterized by the following disadvantages:
1. Длительность анализа;1. Duration of analysis;
2. Необходимость работать с летучим растворителем для формазана;2. The need to work with a volatile solvent for formazan;
3. Невозможность определить дегидрогеназную активность биологического материала, содержащего медь, из-за негативного воздействие меди на абсорбцию продукта восстановления акцептора водорода тетразолиевых солей.3. The inability to determine the dehydrogenase activity of biological material containing copper due to the negative effect of copper on the absorption of the reduction product of the hydrogen acceptor tetrazolium salts.
Фотоколориметрические способы с применением метиленового синего в качестве акцептора водорода (патент RU 2 476 598 С2 «Способ количественного определения дегидрогеназной активности микроорганизмов», Чекалов В.П. Определение с помощью метиленового синего сорбционной способности и дегидрогеназной активности донных отложений // Экология моря. - 2006. - Т. 72. - С. 103-109., Варакин Е. А. и др. Определение дегидрогеназной активности микроорганизмов активного ила в процессе биологической очистки сточных вод //Биотехнологии в химико-лесном комплексе. - 2014. - С.99-104.) характеризуются следующим недостатком - необходимостью создания анаэробных условий для проведения измерений из-за окисления восстановленной формы окрашенного реагента кислородом воздуха.Photocolorimetric methods using methylene blue as a hydrogen acceptor (
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка способа, позволяющего оперативно оценить дегидрогеназную активность и лишенного перечисленных выше недостатков.The problem to be solved by the present invention is the development of a method that allows for rapid assessment of dehydrogenase activity and is devoid of the above-mentioned disadvantages.
Это достигается тем, что при количественном определении дегидрогеназной активности белковых экстрактов, предусматривающем их контакт с субстратом и акцептором водорода, в качестве акцептора водорода используют феррицианид калия, а активность определяют по скорости изменения концентрации феррицианида калия в линейной фазе ферментативной реакции.This is achieved by the fact that when quantitatively determining the dehydrogenase activity of protein extracts, which involves their contact with a substrate and a hydrogen acceptor, potassium ferricyanide is used as a hydrogen acceptor, and the activity is determined by the rate of change in the concentration of potassium ferricyanide in the linear phase of the enzymatic reaction.
В предлагаемом способе дегидрогеназную активность оценивают по уменьшению концентрации феррицианида калия, которую непрерывно регистрируют оптическим способом. Исследуемый образец белковых экстрактов вводят в измерительную термостатируемую ячейку, включающую систему регистрации сигнала (светодиод, фотодатчик), к экстракту добавляют субстратную смесь, которая готовится путем смешивания 15 мМ феррицианида калия в буферном растворе и 1 М глюкозы в буферном растворе в соотношении 1:1. Длительность эксперимента 10-15 минут.In the proposed method, dehydrogenase activity is assessed by reducing the concentration of potassium ferricyanide, which is continuously recorded optically. The test sample of protein extracts is introduced into a thermostated measuring cell, including a signal recording system (LED, photosensor), a substrate mixture is added to the extract, which is prepared by mixing 15 mM potassium ferricyanide in a buffer solution and 1 M glucose in a buffer solution in a 1:1 ratio. The duration of the experiment is 10-15 minutes.
Иллюстративный пример реализации заявляемого способа включает выполнение следующих действий: готовится рабочий раствор путем смешивания 100 μл определяемого белкового экстракта и 200 μл субстратной смеси, которая готовится путем смешивания 15 мМ феррицианида калия в буферном растворе и 1 М глюкозы в буферном растворе в соотношении 1:1. Затем рабочий раствор переносится в измерительный планшет и включали спектрофотометр, предварительно разогретый до 37°С. Спектрофотометр начинает фиксировать уменьшение концентрации феррицианида калия в ходе ферментативной реакции по оптической плотности рабочего раствора. В условиях избытка субстрата и акцептора водорода ход реакции линеен в течение примерно 300 секунд, по истечении которых процесс измерения останавливают. Полученные значения оптической плотности раствора переводили в концентрацию феррицианида по формуле C(FC)=OD/0,4824, гдеAn illustrative example of the implementation of the proposed method includes the following steps: a working solution is prepared by mixing 100 μl of the protein extract being determined and 200 μl of the substrate mixture, which is prepared by mixing 15 mM potassium ferricyanide in a buffer solution and 1 M glucose in a buffer solution in a 1:1 ratio. Then the working solution is transferred to the measuring tablet and the spectrophotometer is turned on, preheated to 37°C. The spectrophotometer begins to record a decrease in the concentration of potassium ferricyanide during the enzymatic reaction by the optical density of the working solution. Under conditions of excess substrate and hydrogen acceptor, the reaction progresses linearly for approximately 300 seconds, after which the measurement process is stopped. The obtained values of the optical density of the solution were converted to ferricyanide concentration using the formula C(FC)=OD/0.4824, where
C(FC) - концентрация феррицианида калия,C(FC) - potassium ferricyanide concentration,
OD - полученные значения оптической плотности.OD - obtained optical density values.
По рассчитанным значениям строится график C(FC) от t. Показания фотодатчика фиксируют один раз в 2 секунды, и аппроксимируют линейной зависимостью от времени (фиг. 1). У полученного графика определяют начальный линейный участок, для которого строят касательную, и находят тангенс угла наклона данной касательной (фиг. 1, кривая 2). Формула С=v*t позволяет найти v как угол наклона построенной касательной, таким образом находится скорость реакции v, характеризующая дегидрогеназную активность в качестве кинетического параметра. На примере фигуры 1, оцененная описанным способом дегидрогеназная активность составила 0.00159 ммоль/с.Based on the calculated values, a graph of C(FC) versus t is plotted. Photosensor readings are recorded once every 2 seconds and approximated by a linear dependence on time (Fig. 1). For the resulting graph, the initial linear section is determined, for which a tangent is constructed, and the tangent of the angle of inclination of this tangent is found (Fig. 1, curve 2). The formula C=v*t allows you to find v as the angle of inclination of the constructed tangent, thus finding the reaction rate v, which characterizes dehydrogenase activity as a kinetic parameter. Using the example of figure 1, the dehydrogenase activity estimated using the described method was 0.00159 mmol/s.
Приборы для измерения оптической плотности известны специалисту в данной области техники. В том числе, может быть использован спектрофотометр, имеющий интерфейс ЭВМ, обладающий термостатируемой ячейкой и обеспечивающий перемешивание раствора. Предварительно должна быть произведена калибровка между оптической плотностью и концентрацией феррицианида калия в растворе (что очевидно для специалиста в данной области техники).Instruments for measuring optical density are known to one skilled in the art. In particular, a spectrophotometer can be used that has a computer interface, has a thermostated cell and provides mixing of the solution. A calibration must first be made between the optical density and the concentration of potassium ferricyanide in solution (which is obvious to one skilled in the art).
В таблице 1 представлено сравнение ДГА экстрактов, полученных из E.Coli, оцененное с использованием феррицианида и ТТХTable 1 presents a comparison of DHA extracts obtained from E. Coli, evaluated using ferricyanide and TTX
Как видно, активность, измеренная обоими методами, уменьшается от образца 1 к образцу 4. Таким образом, дегидрогеназная активность экстрактов, полученных из E.Coli, оцененная фотоколориметрическим методом с использованием феррицианида коррелируют с данными, полученными при помощи фотоколориметрического метода с использованием ТТХ.As can be seen, the activity measured by both methods decreases from sample 1 to sample 4. Thus, the dehydrogenase activity of extracts obtained from E. Coli, assessed by the photocolorimetric method using ferricyanide, correlates with the data obtained using the photocolorimetric method using TTX.
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2817282C1 true RU2817282C1 (en) | 2024-04-12 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2476598C2 (en) * | 2011-04-27 | 2013-02-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет" (С(А)ФУ) | Method of quantitative determination of dehydrogenase activity of microorganisms |
RU2762009C1 (en) * | 2020-11-19 | 2021-12-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской Академии наук (ФГБУН ИПХФ РАН) | Method for estimating the dehydrogenase activity of protein extracts produced from microorganisms |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2476598C2 (en) * | 2011-04-27 | 2013-02-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет" (С(А)ФУ) | Method of quantitative determination of dehydrogenase activity of microorganisms |
RU2762009C1 (en) * | 2020-11-19 | 2021-12-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской Академии наук (ФГБУН ИПХФ РАН) | Method for estimating the dehydrogenase activity of protein extracts produced from microorganisms |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
XINYING ZHANG et.al. Responses of Scirpus triqueter, soil enzymes and microbial community during Российской академии наук (ИПХФ РАН), phytoremediation of pyrene contaminated soil in simulated wetland,J Hazard Mater 2011 Oct 15; 193:45-51. doi: 10.1016/j.jhazmat.2011.07.094.Epub 2011 Aug 5. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ma et al. | Relationship of heme c, nitrogen loading capacity and temperature in anammox reactor | |
Cammann et al. | Chemical sensors and biosensors—principles and applications | |
Xu et al. | Microbial biosensors for environmental monitoring and food analysis | |
Timur et al. | Detection of phenolic compounds by thick film sensors based on Pseudomonas putida | |
Tønning et al. | Chemometric exploration of an amperometric biosensor array for fast determination of wastewater quality | |
Mak et al. | Biosensor for rapid phosphate monitoring in a sequencing batch reactor (SBR) system | |
Zhang et al. | Evaluation methods of inhibition to microorganisms in biotreatment processes: A review | |
Singh et al. | Recent developments in monitoring technology for anaerobic digesters: A focus on bio-electrochemical systems | |
Chiappini et al. | A new microbial biosensor for organic water pollution based on measurement of carbon dioxide production | |
EP2597461A2 (en) | Process for directly measuring multiple biodegradabilities | |
Noguer et al. | Biosensors based on enzyme inhibition: Detection of organophosphorus and carbamate insecticides and dithiocarbamate fungicides | |
Voon et al. | The state-of-the-art in bioluminescent whole-cell biosensor technology for detecting various organic compounds in oil and grease content in wastewater: From the lab to the field | |
Li et al. | Influences of carbon sources on N2O production during denitrification in freshwaters: activity, isotopes and functional microbes | |
RU2817282C1 (en) | Photocolorimetric method for assessing dehydrogenase activity of protein extracts | |
Kwan et al. | Amperometric determination of ammonium with bienzyme/poly (carbamoyl) sulfonate hydrogel-based biosensor | |
Pasco et al. | Biosensors: MICREDOX-a new biosensor technique for rapid measurement of BOD and toxicity | |
Ebrahimi et al. | A microbial biosensor for hydrogen sulfide monitoring based on potentiometry | |
Maximova et al. | A set up of a modern analytical laboratory for wastewaters from pulp and paper industry | |
Blunt et al. | Real-time monitoring of microbial fermentation end-products in biofuel production with titrimetric off-gas analysis (TOGA) | |
RU2476598C2 (en) | Method of quantitative determination of dehydrogenase activity of microorganisms | |
US7160690B2 (en) | Nitrate sensor | |
Vyrides et al. | Next generation techniques for anaerobic bioprocess optimization | |
Tinikul et al. | Detection of cellular metabolites by redox enzymatic cascades | |
RU2762009C1 (en) | Method for estimating the dehydrogenase activity of protein extracts produced from microorganisms | |
CN105891182A (en) | Method for quantifying catalase |