Lakazės ir gliukozės dehidrogenazės bioelektrokatalitinės sistemos sintezė ir tyrimas

Abstract

Magistro darbe buvo susintetinta ir ištirta bioelektrokatalitinė sistema, sudaryta iš lakazės iš Trichaptum abietinum (LAC) ir gliukozės dehidrogenazės iš Ewingiella americana (GDH), kuri oksidavo gliukozę molekuliniu deguonimi. Iš pradţių buvo įvertinta LAC ir GDH vykdoma biokatalizė, pagrįsta tiesiogine elektronų pernaša. Nustatyta, kad abu fermentai vykdė katalizę ir ant aukso nanodalelėmis (AuND), ir anglies nanovamzdeliais (CNT) modifikuotų elektrodų. Parodyta, kad tiek LAC, tiek GDH ant CNT efektyviai vykdė katalizę prie pH 4,0 ant CNT modifikuoto grafito elektrodo, nenaudojant sukamojo disko elektrodo, tad nustatyta, kad CNT buvo tinkama matrica LAC/GDH bioelektrokatalitinei sistemai kurti. Tuomet buvo susintetinta LAC/GDH biokatalitinė sistema. Parodyta, kad ši sistema vartojo deguonį priklausomai nuo gliukozės koncentracijos, ir jos aktyvumo nuo pH priklausomybė buvo abiejų fermentų persidengianti dalis (sandauga). Tai parodo, kad sistema katalizavo deguonies redukciją oksiduodama gliukozę: t.y. egzistavo tiesioginė elektronų pernaša tarp LAC ir GDH. Taip pat pasiūlytas LAC/GDH sistemos biokonversinio proceso modelis, kuris gerai atitinka eksperimentinius rezultatus, esant stacionariomis sąlygomis. Modelis leidţia prognozuoti deguonies suvartojimo priklausomybę nuo gliukozės koncentracijos. Sukurta LAC/GDH biokatalitinė sistema gali atverti galimybes kurti biokatalitinius procesus, jungiant skirtingas oksidoreduktazes, ir geriau suprasti elektronų pernašos procesus.

In this master thesis bioelectrocatalytic system which oxidized glucose with molecular oxygen using laccase from Trichaptum abietinum (LAC) and glucose dehydrogenase from Ewingiella americana (GDH) was synthesized. At first, biocatalysis based on direct electron transfer of LAC and GDH were evaluated. It was determined that both enzymes exhibited catalytic activities on gold nanoparticles (AuNP) and carbon nanotubes (CNT) modified electrodes. However, CNT was a better matrix for dual enzyme system since both LAC and GDH operated efficiently on this matrix at pH 4.0 and due to unnecessity to use rotating disk electrode. Afterwards bioelectrocatalytic system of LAC/GDH was synthesized. It was demonstrated that this system consumed oxygen depending on glucose concentration. The pH activity profile on this system was the overlapping part on the activity profiles on both enzymes (product). This data demonstrate that the system catalyzed oxidation of glucose by directly transferring electrons from GDH to LAC. The model of the bioconversion process of LAC/GDH at the stationary conditions was created. This model allows to predict theoretical oxygen consumption dependence on glucose concentration. Synthesized LAC/GDH biocatalytic system may create possibilities for creation of biocatalytic processes by wiring different oxidoreductases and for a better understanding of the processes of electron transfer.