电化学传感器和生物传感器-1(9)

5.电化学传感器和生物传感器电位型生物传感器葡萄糖CHO+O2+H2O2葡萄糖氧化酶♫碘离子选择性电极电位型生物传感器葡萄糖H2O2+2I-+2H+过氧化酶I2+2H2O♫碘离子选择性电极雌三醇雌激素：电位型生物传感器雌三醇雌二醇雌酮（E3）（E2）（E1）♫碘离子选择性电极环戊烷多氢菲电位型生物传感器雌三醇雌激素是一类有广泛生物活性的类固醇化合物♫碘离子选择性电极雌三醇♫促进和维持女性生殖器官和第二性征♫内分泌系统♫心血管系统♫肌体的代谢♫骨骼的生长和成熟♫皮肤雌激素的生理作用：电位型生物传感器雌三醇（E3）♫碘离子选择性电极雌三醇雌激素生理作用的强弱雌二醇雌酮（E3）（E1）（E2）卵巢主要合成雌二醇(E2)及雌酮(E1)两种雌激素，血循环中的雌三醇是E2和E1的降解产物，E2是妇女体内活性最强的雌激素，E3活性最弱。电位型生物传感器男：40～115ng/L(40～115pg/mL)女：周期1-10天：61～394ng/L(61～394pg/mL)周期11-20天：122～437ng/L(122～437pg/mL)周期21-30天：156～350ng/L(156～350pg/mL)青春期前、绝经期：≤40ng/L(≤40pg/mL)雌三醇血清中雌激素总含量的正常值♫碘离子选择性电极电位型生物传感器雌三醇♫碘离子选择性电极电位型生物传感器加酶催化底物电位变化值电位变化值之比电位型生物传感器♫碘离子选择性电极雌三醇H2O2+2I-+2H+过氧化酶I2+2H2O电位型生物传感器♫银离子选择性电极半胱氨酸甲硫氨酸半胱氨酸（必需氨基酸之一）来源于（非必需氨基酸之一）CH2SHCHNH2COOHCH2SHCHNH2COOH胱氨酸甲硫氨酸半胱氨酸含硫氨基酸CH2CHNH2COOHCH2CHNH2COOHSSCH2CHNH2COOHCH2CHNH2COOHSSSCH3CH2CHNH2COOHCH2SCH3CH2CHNH2COOHCH2电位型生物传感器♫银离子选择性电极半胱氨酸腺苷转移酶PPi+Pi+甲硫氨酸ATPS—腺苷甲硫氨酸(SAM)电位型生物传感器♫银离子选择性电极半胱氨酸甲基转移酶RHR—CH3腺苷SAMS—腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸SAM为体内甲基的直接供体同型半胱氨酸丝氨酸+胱硫醚-H2O（胱硫醚合成酶）胱硫醚SH+β胱硫醚酶同型半胱氨酸丙酮酸+NH3胱硫醚HS半胱氨酸+γ胱硫醚酶=OCH3+NH3α-酮丁酸半胱氨酸代谢可产生多种重要的生理活性物质1、半胱氨酸与胱氨酸可以互变-2H+2HCH2SHCHNH2COOHCH2CHNH2COOHCH2CHNH2COOHSS22、半胱氨酸可转变成牛磺酸牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分之一。3、半胱氨酸可生成活性硫酸根SO42-+ATPAMP-SO3-(腺苷-5´-磷酸硫酸)3-PO3H2-AMP-SO3-（3´-磷酸腺苷-5´-磷酸硫酸，PAPS）PAPS为活性硫酸根，是体内硫酸基的供体。电位型生物传感器♫银离子选择性电极半胱氨酸①直接脱去巯基和氨基，生成丙酮酸、NH3和H2S。H2S再经氧化而生成H2SO4。②巯基氧化成亚磺基，然后脱去氨基和亚磺基，最后生成丙酮酸和亚硫酸，后者经氧化后可变为硫酸。③半胱氨酸的另一代谢产物是牛磺酸，它是胆汁酸的组成成分，胆汁酸盐有助于促进脂类的消化吸收。④半胱氨酸也是合成谷氨酰胺的原料。电位型生物传感器♫银离子选择性电极半胱氨酸Ag++x(R-S)y-Ag(R-S)x(1-xy)-Cu2+,Hg2+电流型生物传感器电流型生物传感器酶传感器第一代：经典酶电极第二代：媒介体酶电极第三代：直接酶电极固定化酶和电化学传感器的结合。优点：①既有不溶性酶体系的优点，又具有电化学电极的高灵敏度；②酶的专一反应性，使其具有较高的选择性，能够直接在复杂试样中进行测定。电流型生物传感器1967年Updike等采用酶的固定化技术，将葡萄糖氧化酶固定在疏水膜上，然后再和氧电极结合，组装成了世界上第一个生物传感器——葡萄糖氧化酶电极。♫经典酶电极♫经典酶电极葡萄糖酶电极半透膜酶胶层感应电极♫经典酶电极电流型生物传感器GlucoseGluconicacidGlucoseoxidaseOxygenHydrogenperoxideMembraneElectrode根据反应中消耗的O2、生成的葡萄糖酸和H2O2的量，可以用氧电极、pH电极和H2O2电极来测定葡萄糖的含量。♫经典酶电极♫经典酶电极O2还原电位高：-0.7VH2O2氧化电位高：+0.65V♫经典酶电极为什么氧不是一种好的媒介体？※环境中的氧含量必须要给予控制和恒定※氧的还原电位较高（-0.7V），此电位下其他物质容易造成干扰※氧的氧化还原电位不完全可逆（电子传递较慢）♫媒介体酶电极概念：采用氧化还原电子媒介体在酶的氧化还原活性中心与电极之间传递电子。优点：第二代酶电极传感器可不受测定体系的限制，测量浓度线性范围较宽，干扰少。缺点：有机低分子媒介体化合物容易从中扩散出来进入底物溶液中，造成传感器的稳定性较差。♫媒介体酶电极常用电子媒介体二茂铁有机染料醌及其衍生物♫媒介体酶电极常用电子媒介体二茂铁(二环戊二烯合铁)♫媒介体酶电极常用电子媒介体[Fe3+(Cp)2]++e-↔Fe2+Cp)2Eo=+0.165VEp(氧化)=+0.193VEp(还原)=+0.137V♫媒介体酶电极常用电子媒介体醌酞菁♫经典酶电极好的电子媒介体所需具备的条件※应能与酶快速反应※显示出可逆电子转移动力学※拥有较低的氧化还原电位※不受pH影响※氧化型和还原型都具有良好的稳定性※不与氧反应※无毒思考题：1.碘离子选择性电极电位型生物传感器2.金属离子选择性电极电位型生物传感器3.酶传感器的三种反应模式4.经典酶电极的反应原理、优缺点5.媒介体酶电极的原理，常用媒介体及好的媒介体所需具备的条件