Electrochemistry of Heme Containing Enzymes - Fundamentals and Applications

Abstract: Popular Abstract in Swedish Inom analytisk kemi är selektivitet en viktig fråga. Att kunna urskilja ett specifikt ämne av låg koncentration i ett komplicerat prov är viktigt inom t.ex. medicin, miljöanalys och livsmedelsindustri. Naturen har under miljontals år utvecklat selektiva system. Ett exempel på ett sådant system är antikropparna i människans immunförsvar; om ett främmande ämne kommer in i kroppen så börjar immunförsvaret genast producera antikroppar som binder in till just detta speciella ämne. Ett annat exempel på selektiva system är enzymerna, naturens egna katalysatorer. Enzymer finns i alla levande organismer och ansvarar för att katalysera olika reaktioner i och utanför cellerna. Människan har länge försökt att efterlikna naturens selektiva system, exempelvis genom vaccineringar mot sjukdomar, men även i form av analysutrustning, t.ex. biosensorer. I biosensorer utnyttjar man selektiviteten (d.v.s. förmågan att känna av ett speciellt ämne) hos en biokemisk reaktion och omvandlar den biokemiska signalen till en mätbar signal (t.ex. ström, färg, ljus, värme). För att åstadkomma detta så immobiliserar man en biologisk komponent (t.ex. enzym, antikroppar, celler) på en signalöverförare. I denna avhandling har enzymbaserade elektrokemiska biosensorer använts, i vilka enzymet är den biologiska komponenten, signalöverföraren är en elektrod och signalen utgörs av en elektrisk ström. Enzymet i en sådan biosensor katalyserar en reaktion som består av antingen upptagning eller avgivning av elektroner (en s.k. redoxreaktion). I avhandlingen har "kommunikationen" mellan redoxenzymet och elektroden studerats, d.v.s. elektronöverföringsmekanismerna mellan immobiliserat enzym och olika elektrodmaterial. Alla redoxenzym kan inte överföra elektroner direkt till/från en elektrod. Det har visat sig att många enzym och proteiner som har en heme-grupp (samma grupp som finns i hemoglobin i blodet) som aktivt centrum kan överföra elektroner till/från en elektrod. Enzymen som använts i denna avhandling har därför den gemensamma nämnaren att de alla innehåller en heme-grupp som aktivt centrum. Olika peroxidaser och cellobiosdehydrogenaser är exempel på studerade enzym. I avhandlingen ingår studier av hur och hur snabbt dessa elektronöverföringar sker mellan redoxenzymer och elektrodytor. Dessutom har biosensorer baserade på peroxidaser och cellobiosdehydrogenaser utvecklats för detektion av fenoliska ämnen i miljöprover.