JPS6052375B2 - 酵素活性の測定方法 - Google Patents

酵素活性の測定方法

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JPS6052375B2
JPS6052375B2 JP53004638A JP463878A JPS6052375B2 JP S6052375 B2 JPS6052375 B2 JP S6052375B2 JP 53004638 A JP53004638 A JP 53004638A JP 463878 A JP463878 A JP 463878A JP S6052375 B2 JPS6052375 B2 JP S6052375B2
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coenzyme
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measured
substrate
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耕一 滝澤
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  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は補酵素の電気化学的酸化還元を利用した酵
素活性の測定方法に関するものである。
臨床化学分析における生体内の酵素活性を定量する新
規な方法の一つに、測定しようとする酵素に共役する補
酵素および基質を接触させ、その補酵素の酸化或いは還
元を利用してこれを電気的に検出する方法が開発されて
いる。 この分析方法は、試料通路内に一対の電極を設
け、この両電極間に補酵素を存在させた状態で基質およ
び酵素試料を試料通路に流し、電位を印加するようにし
たもので、酵素の存在により補酵素が基質と反応した結
果、補酵素が酸化あるいは還元され、この酸化或いは還
元型補酵素を電流の電気化学的循環作用により再び還元
或いは酸化させながら電流値の変化を読み取ることより
試料中の酵素活性の定量を行なうようにしたものである
。
しかし、上記分析方法に使用される補酵素は生体組織
外では極めて不安定な物質であり、特に溶液状態では長
期保存することが不可能であるとともに、これを試料溶
液と共に通路内に流して電極に接触させるようにした場
合には高価な補酵素を使い棄てとするため単位検体あた
りの検査コストが高価になりしかも電極感度が低いなど
の欠点があつた。 これに対し、上記補酵素をアガロー
スのビーズに固定化し、このビーズを電極近傍に浮遊さ
せ、かつこのビーズが電極から離散しないようこれを多
孔質隔膜で被覆するようにした方法も提案されているが
、上記のような方法は電極への装着が困難で取扱いが面
倒であるとともに、前述の方法と同様に補酵素自体の活
性も低いので精度のよい測定ができず、しかも可使時間
も短かい。
したがつていずれの方法にあつても補酵素が不安定であ
ることおよび固定化法に問題があることがこの種の分析
方法を実用化する上での隘路となつてた。 本発明者ら
は上記のよう問題点を克服するために種々研究し、実験
を行つた結果、多孔質高分子膜に補酵素を固定化して固
定化補酵素膜を構成し、この補酵素膜で測定電極の先端
を被覆することにより上記問題点を解決し、もつて本発
明を完成するに至つた。すなわち多孔質高分子膜に補酵
素を固定化したものにあつては、強力な活性を有し、し
かも安定であるなどの特徴があり、またこの補酵素膜で
測定室内の比較電極と対向して設けられた作用電極表面
を被覆することにより分析装置の構造も簡単になり取扱
もきめて便利になるとともに、上記補酵素の特性とあい
まつて測定時間が短縮され、再現性のよい測定結果を得
ることができ、しかも耐久性、可使時間が長く、更に連
続的な測定ができる等優れた特性を有する。
本発明の測定方法は、測定室内に比較電極と作用電極を
設け、この作用電極表面を、多孔質高分子膜に補酵素を
固定化してなる固定化補酵素膜で被覆するとともに、上
記測定室内に被測定試料および基質を導入し、これらを
上記補酵素膜に接触せしめて酵素反応を行なわせ、この
結果上記被測定試料中の酵素の作用により基質と反応し
て酸化型あるいは還元型になつた補酵素を電気化学的に
循環させ、その時の酸化または還元電流を測定すること
により、上記被測定試料中の酵素活性を定量とするもの
で、先ず、上記測定方法に用いられる分析装置について
説明する。
第1図はこの発明を実施するための分析装置を示し、こ
の分析装置は比較電極プロツク1と作用電極プロツク2
を対向位置させ、この両プロツク1,2間に間隔を設け
て試料通路3を形成し、この両プロツク1,2をビス4
で気密に固着したものである。
上記比較電極プロツク1には上記試料通路3と連通する
入口側ポート5、及び出口側ポート6が形成されている
。
そして上記各ポート5,6には供給および排出径路7,
8が接続されているとともに、その供給側7には試料タ
ンク9及び基質を含む緩衝液を収容するめのタンク10
が設けられ、これら各タンク9,10内の被測定試料及
び緩衝液は三方コツク11により混合切換可能にされて
いる。
また排出側8には定量ポンプ12が配置され、このポン
プ12によつて試料及び緩衝液を試料通路3に定速で流
通させるようにしている。上記各ポート5,6間には比
較電極15が設けられている。
この比較電極15は試料通路側に向けて開口された開口
部16に配設された透析膜或いはセラミツク隔膜等から
なる多孔性部材17と、この開口部16に封入された電
解液18と、この電解液18内部にAg−AgCl電極
19を挿入してなるもので、これにキヤツプ20を冠し
て電解液18の漏洩を防止するようにしている。上記比
較電極15と対向して作用電極プロツク2には作用電極
21が設けられている。この作用電極21は作用電極プ
ロツク2に埋設された銅板22の表面に貼着されたグラ
シーカーボンのプレート23を備えている。
そしてこのプレート23の通路対向面側は後述の補酵素
を多孔質高分子膜で固定化してなる固定化補酵素膜24
で被覆されてり、かつこの周縁をO−リング25で固定
することにより、この補酵素膜24をプレート23に密
着させている。また26は両電極15,21の端部とリ
ード線27を介して接続し、両電極15,21間に電圧
を印加するとともに、この電流値の変化を測定する測定
器である。
よつて本装置を用いて試料の定量分析を行うには、両電
極9,13間に電圧を印加しておきながら三方コツク1
1を開いて被測定試料を緩衝液とともに試料通路3内に
通過させる。
この試料中に酵素が存在すればこの酵素は緩衝液中の基
質と補酵素との反応を促進し、補酵素を酸化型或いは還
元型のものに変化させるが、この補酵素は電気化学的循
環作用により再び元の型に変化する。そして基質と補酵
素は一定のフアクタ一となつているから、この時の電流
値の変化を測定器26で読み取ることにより試料中の酵
素活性を定量できるのである。また上記分析装置を使用
した測定方法における酵素に対する感度・安定性および
再現性は固定化補酵素膜の活性および安定性に依存する
ものであるが、次にこの補酵素膜について更に詳細に説
明する。
上記補酵素膜は、再生セルロース、セルロースエステル
等セルロース系の多孔質高分子膜に補酵素を化学的に結
合したものである。
この場合単に物理的に吸着させるよりも上記高分子膜の
もつ官能基を利用して化学的に共有結合させる方法や、
架橋剤を用いて架橋させる方法およびこれら方法の組合
せが補酵素の活性上有利である。
固定化する補酵素としては、測定しようとする酵素と共
役して基質と酵素反応を行う補酵素、すなわち被測定物
がGDH(グルコース脱水素酵素)、LDH(乳酸脱水
素酵素)の場合にはNAD+(ニコチンアミドアデニン
デイヌクレオチド)およびその還元型であるNADHを
、ICDH(イソクエン酸脱水素酵素)、G−6−PD
(グルコース一6−リン酸脱水素酵素)に対してはNA
DP+(ニコチンアミドアデニンデイヌクレオチドフオ
スフエイト)およびその還元型であるNADPHを使用
でき、更にFMN(フラビンモノヌクレオチド)、FA
D(フラピンアデニンデイヌクレオチド)等も夫々の酵
素に対応して使用できる。
したがつてこれら補酵素は分析しようとする目的の酵素
に対応して任意に選択できる。次に上記補酵素を多孔質
高分子膜に固定する場合の具体的な一例を説明する。
なお補酵素と多孔質高分子との反応時間、温度等は特に
限定されるものでないが、通常補酵素が−失活しない範
囲内で行われる。
製法例 (1)再生セルロース膜またはセルロースエステル膜を
活性化するために約50℃のIM−メタ過ヨウ素酸ナト
リウム溶液中に3時間浸漬し、反応させる。
反応後純水で洗浄する。(2)また上記(1)以外の活
性化法としては、約5%のブロムシアン溶液中に膜を浸
し、1紛〜1時間反応させる。
この時溶液には高濃度の水酸化ナトリウムを加えてPH
ll〜12に保つとともに反応温度が30℃を越えない
ようにする。反応後上記膜をすばやく純水で洗浄する。
(3) (1)または(2)の工程で得た膜に架橋剤を
付加する。
この架橋剤としてはNH2・ (CH2)n−NH2の
化学式で示されるジアミン類や、NH2・NH4eOC
● (CH2)n●CO●NHINH2で示されるジヒ
ドラジド類のうち最適なものを選び、大過剰液を作成し
、{1)または(2)の工程で活性化した膜をこれに漬
し、4℃長時間反応させれば、上記架橋剤の一端側官能
基が膜表面の活性化部分に結合する。
(4)上記反応終了後、膜を0.?塩化ナトリウム溶液
で洗浄、保存する。
{5)補酵素液の調整。
NADまたはその還元型のNADHlあるいはNADP
またはその還元型のNADPHを中性の冷溶液に0.0
1〜0.0′2Mの濃度で溶解し、これにメタ過ヨウ素
酸ナトリウムを0.01〜0.02Mに加え、0℃1時
間暗所で反応させる。
(6)この補酵素液に(1)〜{4)の工程で得た膜を
浸漬し、4℃3時間以上反応させれば、膜に結合した架
橋剤の他端側官能基に補酵素が結合する。
なおこの時の溶液の液性は緩衝液を加えてPH5に調製
しておく。(7)反応終了後?塩化ナトリウム溶液で洗
浄すれば固定化補酵素膜を得る。
次に上記製法例で得た固定化補酵素膜を上記実施例で得
た作用電極にセツトし、これを用いた具体的な定量方法
についてその実施例を詳細に説明する。
実施例 1 GDHの測定 緩衝液は酵素反応に最適なPHに調整し、かつ基質とし
て上記GDHの存在下で補酵素と反応するグルコースを
最適濃度となるよう上記緩衝液中に混合、調製してタン
ク10内に収容しておく。
また補酵素膜24には上記製法例で得た上記GDHと共
役して酵素反応を行うNADまたはその還元型のNAD
Hを多孔質高分子膜に固定化したものを用い、これを作
用電極21に第1図に示すようにセツトする。そして作
用電極21側を(+)に、比較電極15側を(−)とし
て夫々測定器26に接続し、両電極15,21間に+0
.5V〜+1.0Vの電圧を印加しておく。
このとき補酵素膜24中の補酵素は両電極間の電気化学
的循環作用によつて酸化型NAD+となつている。また
測定を行う前には三方コツク11を緩衝液側タンク10
側に切換え、ポンプ12を作動して予め緩衝液を試料通
路3内に定速で流通させ、両電極間の電位を安定させて
おく。
次に三方コツク11を切換えて上記緩衝液ととBもに被
測定試料を通路3内に導入する。
この測定試料中の酵素および緩衝液中のグルコースは補
酵素膜24に接触して以下の反応を行う。
式1 グルコース+N7V)+9ρ月NADH+H++グノレ
コノラクトンこの反応による還元型のNADHは電極1
5,21の電気化学的循環作用によつて再び酸化されN
AD+に変化する。
式2 従つてこの時の酸化電流の値を読み取ることにより測定
試料中の活竹ρDHの量を知ることがで.:第2図は上
記方法により各種濃度のICDHの測定を同一装置を用
いて行いその結果を検量線に作成したもので縦軸には電
流値(μA)を、横軸にはICDHの濃度(1−U/m
l)が示されている。
実施例 3G−6−PDの測定 緩衝液中の基質としてグルコン酸−6リン酸ラクトンを
、補酵素膜として上記G−6−PDと共役するNADP
またはその還元型のNADPHを多孔質高分子膜に固定
化した補酵素膜を用いる。
そして上記実施例1,2とは逆に両電極15,21間に
−1.0〜−2.5Vの電圧を印加しておく。したがつ
て補酵素は通常還元型のNADPHとなつている。後は
実施例1,2と同様の操作により測定試料および緩衝液
を試料通路3内に導入すれば測定試料中のG−6PDの
存在により、NADPHはグルコン酸−6リン酸ラクト
ンと以下のように反応するとともに、電気化学的循環を
行う。
式4 式5 従つてこのときの還元電流の値を読み取ることよる被測
定試料中の活性G−6−PDの量を知ることができる。
実施例 41J)Hの測定 実施例3の測定条件と同じであるが、基質としてはピル
ビン酸を、補酵素としてはNADまたは8きる。
実施例 2 ICDHの測定 実施例1のGDHの測定条件、方法と同じであるが、緩
衝液中の基質としてはイソクエン酸を、補酵素膜に用い
る補酵素として上記製法例て得たICDHと共役するN
ADPまたはその還元型のNADPHを使用する。
その反応式を下記に示す。式3その還元型のNADHを
多孔質高分子膜に固定化した。
補酵素を用いる。その反応式を下記に示す。式6
−ーー一第3図は上記方法より各種濃度のLI)Hを
測定し、検量線を作成したもので、縦軸には電流値(N
A)を、横軸にはLDHの濃度(1−U/ml)がl示
されている。
上記各実施例1,2,3,4において電流値と試料濃度
は第2図、第3図からも明らかなようにかなり広範囲に
わたつて直線的な比較例関係となり、極めて良好な測定
結果を得た。
そしてこのことは上記固定化補酵素の活性が極めて高く
、かつ安定性があることを示唆するものであるとともに
、電極に密着した状態で電気化学的循環作用を行うため
酵素に対する感度が極めて高いことを示すものである。
更に本発明による分析方法は補酵素の繰返し使用ができ
るので経済的であるとともに、緩衝液を流しながら試料
を注入するだけで迅速かつ連続的な分析ができるので操
作も簡単て測定時間も著しく短縮できる。また一回測定
後の洗浄も三方コツクを緩衝液側に切換るだけて簡単に
行え、洗浄性も良好である。なお、各実施例では補酵素
としてNAD,NADPを使用してなるものであるが、
他の酸化還元型酵素と共役して水素の授受を行う補酵素
、例えばFMN(フラビンモノヌクレオチド)、FAD
(フラピンアテニンデイヌクレオチド)等の補酵素でも
上記実施例と同様な効果を得られることは言うまでもな
い。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明を実施するため分析装置の概略を示す
断面図、第2図、第3図は夫々ICDH,LDHの濃度
と電流値との関係を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 測定室内に比較電極と作用電極を設け、この作用電
    極表面を、多孔質高分子膜に補酵素を固定化してなる固
    定化補酵素膜で被覆するとともに、上記測定室内に被測
    定試料および基質を導入し、これらを上記補酵素膜に接
    触せしめて酵素反応を行なわせ、この結果上記被測定試
    料中の酵素が基質と反応することより酸化型あるいは還
    元型になつた補酵素を電気化学的に循環させ、その時の
    酸化または還元電流を測定することより上記被測定試料
    中の酵素活性を定量するようにした酵素活性の測定方法
    。
JP53004638A 1978-01-19 1978-01-19 酵素活性の測定方法 Expired JPS6052375B2 (ja)

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JPS6126851A (ja) * 1984-07-17 1986-02-06 Snow Brand Milk Prod Co Ltd グルコ−スの自動測定方法及びその装置

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