Потенціометричний біосенсор для визначення глікоалкалоїдів картоплі: керована зміна аналітичних характеристик, порівняння з методом тонкошарової хроматографії

Щоб спрямовано змінювати аналітичні характеристики біосенсорів на основі рН-чутливих польових транзисторів (рН-ПТ) та іммобілізованої бутирилхолінестерази (БуХЕ) для визначення стероїдних глікоалкалоїдів картоплі запропоновано використання БуХЕ різного походження та варіювати час іммобілізації ферме...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Біополімери і клітина
Date:	2005
Main Authors:	Назаренко, О.А., Солдаткін, О.П., Сосовська, О.Ф., Бенілова, І.В., Корпан, Я.І.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2005
Subjects:	Молекулярна та клітинна біотехнології
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155659
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Потенціометричний біосенсор для визначення глікоалкалоїдів картоплі: керована зміна аналітичних характеристик, порівняння з методом тонкошарової хроматографії / О.А. Назаренко, О.П. Солдаткін, О.Ф. Сосовська, І.В. Бенілова, Я.І. Корпан // Біополімери і клітина. — 2005. — Т. 21, № 3. — С. 275-282. — Бібліогр.: 20 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859971412802928640
author	Назаренко, О.А. Солдаткін, О.П. Сосовська, О.Ф. Бенілова, І.В. Корпан, Я.І.
author_facet	Назаренко, О.А. Солдаткін, О.П. Сосовська, О.Ф. Бенілова, І.В. Корпан, Я.І.
citation_txt	Потенціометричний біосенсор для визначення глікоалкалоїдів картоплі: керована зміна аналітичних характеристик, порівняння з методом тонкошарової хроматографії / О.А. Назаренко, О.П. Солдаткін, О.Ф. Сосовська, І.В. Бенілова, Я.І. Корпан // Біополімери і клітина. — 2005. — Т. 21, № 3. — С. 275-282. — Бібліогр.: 20 назв. — укр.
collection	DSpace DC
container_title	Біополімери і клітина
description	Щоб спрямовано змінювати аналітичні характеристики біосенсорів на основі рН-чутливих польових транзисторів (рН-ПТ) та іммобілізованої бутирилхолінестерази (БуХЕ) для визначення стероїдних глікоалкалоїдів картоплі запропоновано використання БуХЕ різного походження та варіювати час іммобілізації ферменту на поверхні потенціометричних перетворювачів. Показано, що застосування етилендіамінтетраацетату (комплексон іонів важких металів) і фосфотриестерази (фермент, який здатний розщеплювати винятково фосфороорганічні пестициди) дозволяє селективно визначати глікоалкалоїди на фоні іонів важких металів та фосфороорганічних пестицидів. За допомогою біосенсора і методу тонкошарової хроматографії протестовано 14 сортів картоплі, які культивуються на території України, та показано, що значення кореляції між даними, отриманими цими методами, складає 0,74. Чтобы направленно изменять аналитические характеристики биосенсоров на основе рН- чувствительных полевых транзисторов и иммобилизованной бутирилхолинэстеразы (БуХЭ) для определения гликоалкалоидов картофеля предложено использование БуХЭ различного происхождения и варьированиевремени иммобилизации фермента на поверхности потенциометрических преобразователей. Показано, что применение этилендиаминтетраацетата (комплектна ионов тяжелых металлов) и фосфотриэстеразы (фермента, способного расщеплять исключительно фосфороорганичские пестициды) позволяет селективно определять гликоалкалоиды на фоне ионов тяжелых металлов и фосфороорганических пестицидов. С помощью биосенсора и метода тонкослойной хроматографии протестированы 14 сортов картофеля, культивирующегося на территории Украины, и показано, что значение корреляции между данными, полученными этими методами, составляет 0,74. Butyrylcholinesterase (BuChE) of different origin along with variations of the time of the enzyme immobilization on the potentiometric transducer surface are offered to control analytical characteristics of the biosensor, based on pH-sensitive field effect transistor with immobilized BuChE, for detection of the potato glycoalcaloids. Utilization of ethylendiaminetetracetate (a complexon of heavy metal ions) and phosphotriesterase (an enzyme capable of exclusive disintegration of phosphororganic pesticides) is shown to enable the selective determination of glycoalcaloids at the background of heavy metal ions and phosphororganic pesticides. 14 potato varieties cultivated in Ukraine have been tested by the biosensor and thin-layer chromatography the correlation between both methods being 0.74.
first_indexed	2025-12-07T16:21:52Z
format	Article
fulltext	ISSN 0233-7657. Біополімери і клітина. 2005. Т. 21. № З Потенціометричний біосенсор для визначення глікоалкалоїдів картоплі: керована зміна аналітичних характеристик, порівняння з методом тонкошарової хроматографії О. А. Назаренко, О. П. Солдаткін, О. Ф. Сосовська, І. В. Бенілова, Я. І. Корпан Інститут молекулярної біології і генетики HAH України Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, 03143, Україна Б. mail: ya_korpan@yahoc.com Щоб спрямовано змінювати аналітичні характеристики біосенсорів на основі рН-чутливих польових транзисторів (рН-ПТ) та іммобілізованої бутирилхолінестерази (БуХЕ) для визначення стероїдних глікоалкалоїдів картоплі запропоновано використання БуХЕ різного походження та варіювати час іммобілізації ферменту на поверхні потенціометричних перетворювачів. Показано, що застосування етилендіамінтетраацетату (комплексон іонів важких металів) і фосфотри- естерази (фермент, який здатний розщеплювати винятково фосфороорганічні пестициди) дозво ляє селективно визначати глікоалкалоїди на фоні іонів важких металів та фосфороорганічних пестицидів. За допомогою біосенсора і методу тонкошарової хроматографії протестовано 14 сортів картоплі, які культивуються на території України, та показано, що значення кореляції між даними, отриманими цими методами, складає 0,74. Ключові слова- біосенсор, глікоалкалоїди, рН-чутливі польові транзистори, бутирилхолінестераза, тонкошарова хроматографія. Вступ. Картопля є однією з основних сільсько господарських культур, що вирощується у 80 % країн світу. Багата на крохмаль, вітаміни, білки та органічні кислоти, які визначають її високу харчо ву цінність [1 ], вона містить також цілу нізку антинутрієнтів різної хімічної природи, у тому числі дуже токсичні глікоалкалоїди (ГА), які спри чиняють отруєння людей і численні смертельні випадки серед великої рогатої худоби [1—3]. Відомо, що стероїдні ГА є ембрістоксичними і тератогенними сполуками. Крім цього, існують да ні стосовно того, що ГА підвищують ризик захво- © О А НАЗАРЕНКО. О. П. СОЛДАТКІН, О. Ф. СОСОВСЬКА, І. В. БЕНІЛОВА, Я. І. КОРПАН, 2005 рювання на рак мозку, молочної залози, легень і щитовидної залози. Усе вищезазначене є особливо суттєвим, коли йдеться про необхідність контролю алкалоїдів у сільському господарстві, харчовій промисловості і охороні здоров'я. Серед сучасних методів визначення ГА можна виокремити колориметрію [4], тонкошарову [5] і газову хроматографію [6], мас-спектрометрію [7], рідинну хроматографію [8], високоефективну рі динну хроматографію [9, 10], тонкошарову хрома тографію з високою роздільною здатністю [11] та імунний аналіз [12]. Потрібно зазначити, що біль шість із них мають певні недоліки, зокрема, трива- 275 mailto:ya_korpan@yahoc.com НАЗАРЕНКО О. А. ТА ІН. лий час підготовки зразка та проведення самого аналізу, дороге обладнання і біологічний матеріал, необхідність обслуговування фаховими аналіти ками тощо. На сьогоднішній день найперспективнішими для аналізу різних токсинів видаються розробки біосенсорів на основі перетворювачів, створених за технологіями мікроелектроніки. Попередні дослід ження співробітників нашої лабораторії дозволили зробити висновок щодо можливості застосування біосенсорів на основі pH-чутливих польових тран зисторів та іммобілізованої бутирилхолінестерази (БуХЕ) для кількісного визначення ГА у модель них розчинах і соку картоплі [13—15]. Головною метою представленої роботи було знайти підходи до управління чутливістю створено го раніше потенціометричного біосенсора та до слідити можливість селективного визначення сте роїдних ГА картоплі на фоні іонів деяких важких металів і пестицидів, а також виявити і порівняти вміст стероїдних алкалоїдів у декількох сортах картоплі, що культивуються в Україні, за допомо гою біосенсора і методу ТШХ. Матеріали і методи. У роботі використано ферменти: БуХЕ із сироватки крові коня і людини з активністю 13 і 6,4 од. акт/мг відповідно фірми «Sigma»-«Aldrich Chemie GmbH» (США); субстрат БуХЕ — бутирилхолінхлорид («Sigma»-«Aldrich Chemie GmbH»), Для іммобілізації ферментів за стосовували 25 %-й водний розчин глутарового альдегіду фірми «Serva» (Німеччина); для стабілі зації біоматриць до них додавали сироватковий альбумін бика (БСА) фірми «Serva». Для інгібіторного аналізу використовували кристалічні сг-соланін та а-чаконін з пагонів So lanum tuberosum від «Sigma»-«Aldrich Chemie GmbH». Матеріалами для тонкошарової хроматографії слугували: а) пластинки з силікагелем як сорбент марки Сорбфіл (Росія); б) хлороформ, метанол, гідроксид амонію, концентрована соляна кислота, 95 %-й етанол та ін., усі вони мали кваліфікацію «ос. ч.» або «х. ч.»; в) хлорид сурми (III) та дихлорметан від «Sigma» (США), які застосовували при проявленні хроматограм; г) картопля 14 сортів (ранні: Повінь, Серпанок, Бородянська рожева; середньоранні: Світанок київський, Водограй, Обрій, Купава, Забава; середньостиглі: Слов'янка, Явір, Луговська та середньопізні: Ракурс, Зарево, Промінь) врожаю 2003 року для дослідів із вивчен ня вмісту алкалоїдів, отримана від Інституту кар топлярства Української академії аграрних наук. Реагенти для приготування буферних розчинів 1 середовищ інкубації мали кваліфікацію «ч. д. а.» та «х. ч.» Біосенсорний метод вимірювання. Біоселек- тивні мембрани на поверхнях перетворювачів фор мували зшиванням ферменту з БСА в атмосфері насичених парів глутарового альдегіду [16]. Суміш 5 % (>У/У) ферменту, 5 % (ЛУ/У) БСА і 10 % ( \ У / У ) гліцерину у 20 мМ фосфатному буфері (рН 7,4) наносили крапельним методом на чутливу поверх ню одного з перетворювачів, а суміш 10 % ( \ У / У ) БСА і 10 % ( \У/У) гліцерину у 20 мМ фосфатному буфері (рН 7,4) — на референтний перетворювач. Потім сенсорний чіп витримували в атмосфері насичених парів глутарового альдегіду упродовж ЗО хв (якщо не зазначено інше) і мембрани вису шували протягом 15 хв у повітрі за кімнатної температури. Вимірювання здійснювали при денному світлі і кімнатній температурі (25 °С) у скляній комірці. Сенсорні чіпи занурювали у вимірювальну ко мірку, заповнену 2 мл 5 мМ фосфатного буфера, який активно перемішували. Сенсори вимочували буферним розчином протягом 15—45 хв, щоб урів новажити мембранну систему. Після цього виписували базову лінію вихідного сигналу і до комірки вносили субстрат. Дифе- ренційний вихідний сигнал між вимірювальним і референтним ІСПТ реєстрували за допомогою ла бораторної установки і отримували графічну за лежність величини сигналу від концентрації суб страту. У разі інгібіторного аналізу токсичних речовин на наступному етапі додавали ГА та визначали ступінь інгібування ферменту за рівнем зниження вихідного сигналу біосенсора. Останнє слугувало мірою пригнічення ферменту і було прямо про- прорційним концентрації інгібітора в комірці. Метод на основі тонкошарової хромато графії. П і д г о т о в к а п р о б . З картопляних бульб зрізали шкірку (3—4 мм), подрібнювали і сушили при температурі 35 °С протягом 2 діб. Кінцева маса зразків за рахунок втрати вологи складала в середньому 25 % від початкової. Далі зразки розтирали до порошкоподібного стану. Е к с т р а к ц і я г л і к о а л к а л о ї д і в . 2 г порошку вміщували в круглодонну колбу і заливали 15 мл суміші киплячий метанолюцтова 276 ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНИЙ БІОСЕНСОР ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ АЛКАЛОЇДІВ Рис. 1. Калібрувальні криві пригнічення бутирилхолінестерази (БуХЕ) різного походження: а — БуХЕ з сироватки людини; б — БуХЕ з сироватки коня (1 — а-соланіном; 2 — а-чако- ніном; З — їхньою сумішшю, 1:1). На цьому рисунку та на рис. 2—5 і 7 похибка дорівнює 5 % кислота (95 + 5, У / У ) (суміш А) [17]. Колбу приєд нували до зворотного холодильника і тримали на водяній бані, періодично струшуючи, при темпера турі кипіння метанолу (70 °С). Надосадову рідину зливали в колбу, а до осаду знову додавали 15 мл суміші А. Загалом процедуру повторювали тричі. Зібрану рідину фільтрували і випарювали при 40 °С, використовуючи водоструминний насос, до сухого залишку. Останній розчиняли в 1 мл суміші Б (метанол.оцтова кислота, 99 + 1, У / У ) [17]. Отри маний екстракт застовували для хроматографічного аналізу. Р о з д і л е н н я с о л а н і н у і ч а - к о н і н у н а п л а с т и н к а х С о р б ф і л . 1. Носії готували наступним чином. Перед викори станням пластинки Сорбфіл з дрібнозернистим си лікагелем активували, проганяючи по них метанол у хроматографічній камері. Потім пластинки вису шували на повітрі. 2. Для приготування зразка вихідний розчин (стандарт) соланіну і чаконіну на суміші Б брали в концентрації 0,4 мг/мл (у 5 мкл 2 мкг алкалоїду). 3. Зразки для хроматографічного аналізу нано сили за допомогою самплерів на лінію старту. Плями з d = 3—4 мм були розташовані на відстані 1,5—2 см одна від одної та 2,5 см — від краю пластинки для того, щоб вони не занурювалися в розподільну суміш. 4. Суміш хлороформ:метанол:2 %-й водний розчин гідроксиду амонію у співвідношенні 70:30:5 [11] вносили на дно хроматографічної камери на висоту 1 см. Для розподілу ГА використовували метод висхідної одновимірної хроматографії (роз дільний шлях 8,5 см). Оптимальне розділення со ланіну і чаконіну спостерігалося при ґ= 18—20 °С. Після завершення хроматографії пластинки вису шували в горизонтальному положенні до повного випаровування залишків розчинників. 5. Для візуалізації хроматографічних плям ви користовували хлорид стибіуму (III) як специ фічний барвник на стероїдні глікозиди. В резуль таті взаємодії SbCl3 з подвійним зв'язком стероїду з'являється малинове забарвлення [17, 18]. Завдя ки тому, що хлорид стибіуму — це специфічний барвник на стероїди, для визначення соланіну або чаконіну може бути використана одна й та сама калібрувальна крива. Пластинки на кілька секунд занурювали у 2 М SbCl3, розчинений у суміші оцтова кислота:дихлорметан ( 1 + 3 , v/v), і сушили на повітрі не довше 10 хв. Потім їх вміщували у сушильну шафу (100 °С). Яскраво-рожеві плями на безбарвному тлі хроматограми з'являлися через 3—5 хв (рис. 1). Для останнього етапу аналізу поверхню хрома тограми сканували через 5 хв після проявлення, отримуючи цифрову копію зображення, та прово дили комп'ютерний розрахунок кінцевого резуль тату, використовуючи спеціальну програму «Ден- ситоаналіз» [19]. Результати і обговорення. Створений нами раніше сенсор на основі потенціометричних пере творювачів придатний для кількісного визначення загального вмісту ГА у зразках харчових про дуктів, оскільки вимірювання можна проводити в діапазоні концентрації від 1 до 100 мкМ, що є нижчим від такої ГА у споживаній людиною кар топлі (25—250 мкМ). Однак, згідно з роботою [20], 277 НАЗАРЕНКО О. А. ТА ІН. Рис. 2. Калібрувальні криві для визначення чаконіну за різної тривалості іммобілізації бутирилхолінестерази у парах глутаро- вого альдегіду: / — 15 хв; 2 — ЗО хв; З — 45 хв. Вимірювання проводили в 5 мМ фосфатному буфері, рН 7,3 Рис. 3. Калібрувальні криві для визначення субстрату за різної тривалості іммобілізації у парах глутарового альдегіду: / — 15 хв; 2 — ЗО хв; 3 — 45 хв. Вимірювання проводили в 5 мМ фосфатному буфері, рН 7,3 співвідношення соланідин:соланін:чаконін у крові становить 1:2,4:4,5 і тому рівень ГА у сироватці може бути таким: соланідину — 0,19, соланіну — 0,2 і чаконіну — 0,4 мкМ. Абсолютно очевидно, що для аналізу загального рівня ГА у сироватці крові необхідно знайти підходи до покращення деяких аналітичних характеристик створених біосенсорів, а саме — підвищення діапазону чутливості визна чення глікоалкалоїдів. Для вирішення цього завдання запропоновано варіювати час іммобілізації БуХЕ в насичених парах глутарового альдегіду. Як видно з рис. 2, зі збільшенням часу ім мобілізації зростає чутливість і діапазон вимірю вання чаконіну. Логічним поясненням отриманого результату видається припущення, що величина відгуку сенсора, перш за все, визначається а к тивністю ферменту у мембрані сенсора і відповідно кількістю активних сайтів ферменту, здатних з в ' я зувати як молекули інгібітора, так і молекули субстрату. Отже, чим нижча активність ферменту у мембрані сенсора, тим більший ступінь при гнічення молекулами алкалоїду. На рис. З показа но, що кількість активного ферменту в мембрані значно знижується із зростанням часу іммобілі зації. Так, при 45-хв іммобілізації фермент мав найменшу активність, що пов 'язано, очевидно, з формуванням більшої кількості ковалентних зв ' я з ків між молекулами глутарового альдегіду та амі ногрупами ферменту. Внаслідок цього зменшується активність останнього, що призводить до падіння величини відгуку сенсора. Оскільки варіювання часу іммобілізації БуХЕ на поверхні потенціометричного перетворювача не спричинило суттєвого покращення діапазону чут ливості створеного сенсора, було запропоновано замість БуХЕ сироватки крові коня використати як чутливий елемент сенсора БуХЕ сироватки люди ни. Встановлено (рис. 1), що біосенсор на основі БуХЕ сироватки крові людини значно чутливішй до ГА картоплі у порівнянні з сенсором, де викори стано БуХЕ сироватки коня, а лінійний динамічний діапазон визначення алкалоїдів складає 1—20 і 0,03—5 мкМ відповідно для БуХЕ сироватки крові коня і людини. Очевидно, що чутливості біосенсора з іммобілізованою БуХЕ людини достатньо для аналізу вмісту ГА в сироватці крові. Відомо, що фермент БуХЕ має порівняно низьку специфічність стосовно різних типів інгібіторів, зокрема, фосфо- роорганічних пестицидів та іонів важких металів. З огляду на це виконано низку дослідів для виявлен ня можливості селективного визначення ГА кар топлі за допомогою створеного потенціометричного біосенсора. Визначено також концентрації гліко алкалоїдів на фоні деяких важких металів і пести цидів. Так , додавання ЕДТА у робочий буфер кон центрації 1 мМ не впливало на чутливість холін- естеразного сенсора до ГА, тобто глікоалкалоїди можна визначати з тією ж самою чутливістю у 278 ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНИЙ БІОСЕНСОР ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ АЛКАЛОЇДІВ Рис. 5. Вплив різних концентрацій іонів важких металів на відгук біосенсора (інгібування, 1): 1 — 1 % РЬ 2 + ; 2 — 1 % Щ2+. Буфер: 10 мМ трис-МОз + 1 мМ ЕДТА. Концентрація чаконіну становила 2 мкМ присутності токсичних іонів важких металів, таких як ртуть і свинець, при концентраціях 50 мкМ (рис. 4). Встановлено також, що збільшення вмісту іонів важких металів одного типу (до 500 мкМ ртуті або свинцю) в середовищі вимірювання гліко алкалоїдів біосенсорним методом значного впливу на інгібіторний ефект ГА та на точність визначення не справляло (рис. 5). Внесення суміші іонів до аналізованого зразка також не впливало на інгібіторну здатність ГА (рис. 6). Отриманий результат дає можливість зробити висновок, що використання 1 мМ ЕДТА в робочому буфері робить сенсор нечутливим до іонів важких металів одного типу та їхніх сумішей у значних концентраційних діапазонох, тобто селек тивним для визначення ГА на фоні іонів важких металів. Наступним етапом роботи було дослідження можливості створення біосенсора, нечутливого до фосфороорганічних пестицидів. Відомо, що фосфо- триестераза здатна розщеплювати фосфороорганіч- ні пестициди. Тому ми припустили, що за наяв ності даного ферменту в біоселективній мембрані біосенсора останній повинен бути нечутливим до пестицидів і відповідно реагувати лише на концен трації ГА у вимірювальних зразках. Дійсно, коли при створенні біосенсора фосфотриестеразу коім- мобілізували з БуХЕ в біоселективній мембрані, сенсор не виявляв впливу фосфороорганічних пес тицидів на відгук сенсора до ГА (рис. 7). А дода вання 1 мМ ЕДТА у вимірювальну комірку призво дило до того, що ГА можна було вимірювати з високою селективністю за присутності високих концентрацій як фосфороорганічних пестицидів (наприклад, 100 мкМ параоксону), так і значних концентрацій іонів важких металів (100 мкМ РЬ 2 + , Щ2+) (рис. 8). Таким чином, можна зробити висновок стосов но того, що застосування етилендіамінтетраацетату і фосфотриестерази, коіммобілізованої на поверхні потенціометричних перетворювачів разом з БуХЕ, 279 НАЗАРЕНКО О. А. ТА ІН. 1. % 80- 70- 60- 50- 40- 30- 20 \ 3 • і • і — — і • і • і—' і '—і і і '—і—і і • і • 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 а-Чакопіи, мкМ Рис. 7. Калібрувальні криві для визначення чаконіну біосен- сорним методом за наявності параоксону і кобальту в середовищі визначення: 1-Х % ЕДТА; 2 — 1 0 мкМ параоксон; 3 — 100 мкМ параоксон; 4 — 1 % суміш ЕДТА + Co. Вимірювання здійснювали в 10 мМ трис-гЮ3 буфері, рН 7,5, який містив 1 мМ ЕДТА. Біоселективна мембрана вміщувала бутирилхо- лінестеразу (5 %) і фосфотриестеразу (0,2 %) Рис. 8. Вплив параоксону і важких металів на відгук біосенсора (концентрація чаконіну становиля 2 мкМ): / — 10 мкМ параок сон + 100 мкМ (Hg, Pb); 2 — 1 0 0 мкМ параоксон + 100 мкМ (Hg, Pb); 3 — 10 мкМ параоксон + 250 мкМ (Hg, Pb) Визначен ня проводили в 10 мМ трис-МОз буфері за наявності 1 мМ ЕДТА. Біоселективна мембрана містили бутирилхолінестеразу (5 %) і фосфотриестеразу (0,2 %) перешкоджає пригніченню іммобілізованої БуХЕ ртуттю, свинцем (аж до концентрацій 500 мкМ) і параоксоном (до 100 мкМ) та не впливає на здат ність стероїдних алкалоїдів картоплі інгібувати її, а також дозволить роздільно визначати досліджувані зразки на наявність вищезгаданих токсинів за до помогою розробленого біосенсора. З використанням методу ТШХ та створеного потенціометричного сенсора протестовано 14 сортів картоплі (див. «Матеріали і -методи»), виведеної методом традиційної селекції співробітниками Ін ституту картоплярства Української академії аграр них наук. За результатами проведеного дослідження (та блиця), міжнародним стандартам відповідають ли ше три сорти картоплі: Серпанок, Обрій і Забава, інші ж мають підвищений рівень токсинів, деякі — на межі дозволеної норми. Занепокоєння виклика ють концентрації глікоалкалоїдів у сортах Ракурс (17,9 мг/100 г — сенсор, 29,45 мг/100 г — ТШХ) і Зарево (19,35 мг/100 г —сенсор, 19,9 мг/100 г — ТШХ). Коефіцієнт кореляції між ТШХ та біосенсор ним методами, розрахований за формулою [1] г = становив 0,74. Лінійні діапазони чутливості методу ТШХ і біосенсорного методу складали 47—470 і 280 ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНИЙ БІОСБНСОР ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ АЛКАЛОЇДІВ 1—50 мкМ алкалоїдів відповідно. Сумарний вміст глікоалкалоїдів у бульбах 14 сортів дорівнював 5,7—29,45 мг/100 г сирої маси. Вивчено також зв'язок між тривалістю дости гання бульб і вмістом у них ГА. Найнижчими були показники у ранніх та середньоранніх сортів, хоча й серед них траплялися випадки підвищеної кон центрації соланіну і чаконіну (наприклад, Повінь, Світанок київський, Водограй). Усі середньостиглі сорти мали значний вміст ГА, який змінювався в межах 11—16 мг/100 г сирої маси, а середньопізні мали ще вищі показники — від 17 до 30 мг/100 г сирої маси. Таким чином, спостерігається збіль шення концентрації ГА пропорційно часу веге таційного періоду. Це можна пояснити тривалішим впливом різних факторів, які стимулюють синтез ГА, ними можуть бути гербіциди, інсектициди, пошкодження шкідниками, грибними та іншими інфекціями. A A Nazarenko, О. P. Soldatkin, О. F. Sosovskaya, I. V. Benilova, Ya I. Korpan Potentiometric biosensor for detection of potato glycoalcaloids: control of its analytical characteristics, comparison with thin-layer chromatography Summary Butyrylcholinesterase (BuChE) of different origin along with varia tions of the time of the enzyme immobilization on the potentiometric transducer surface are offered to control analytical characteristics of the biosensor, based on pH-sensitive field effect transistor with immobilized BuChE, for detection of the potato glycoalcaloids. Utilization of ethylendiaminetetracetate (a complexon of heavy metal ions) and phosphotriesterase (an enzyme capable of exclusive disintegration of phosphororganic pesticides) is shown to enable the selective determination of glycoalcaloids at the background of heavy metal ions and phosphororganic pesticides. 14 potato varieties cultivated in Ukraine have been tested by the biosensor and thin-layer chromatography the correlation between both methods being 0.74. Key words: biosensor, glycoalcaloids, pH-sensitive field effect transistors, butyrylcholinesterase, thin-layer chromatography. E. А Назаренко, А П. Солдаткин, О. Ф. Сосовская, И. В. Бенилова, Я. И. Корпан Потенциометрический биосенсор для определения гликоалкалоидов картофеля: направленное изменение аналитических характеристик, сравнение с методом тонкослойной хроматографии Резюме Чтобы направленно изменять аналитические характеристики биосенсоров на основе рН- чувствительных полевых транзи сторов и иммобилизованной бутирилхолинэстеразы (БуХЭ) для определения гликоалкалоидов картофеля предложено ис пользование БуХЭ различного происхождения и варьирование времени иммобилизации фермента на поверхности потенцио- метрических преобразователей. Показано, что применение этилендиаминтетраацетата (комплектна ионов тяжелых металлов) и фосфотриэстеразы (фермента, способного рас щеплять исключительно фосфороорганичские пестициды) по зволяет селективно определять гликоалкалоиды на фоне ионов тяжелых металлов и фосфороорганических пестицидов. С помощью биосенсора и метода тонкослойной хроматографии протестированы 14 сортов картофеля, культивирующегося на территории Украины, и показано, что значение корреляции между данными, полученными этими методами, составляет 0,74. Ключевые слова биосенсор, гликоалкалоиды, рН-чувстви- тельные полевые транзистори, бутирилхолинэстераза, тон кослойная хроматография. ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ 1. Третьяков Н. Н., Кошкин Е. И., Макрушин Н. М. Фи зиология и биохимия сельскохозяйственных растений.— М.: Колос, 2000.—614 с. 2. Smith D. В., Roddick J. G, Jones J. L. Potato glycoalkaloids: Some unanswered questions / / Trends Food Sci. and Tech- nol.—1996.—7.—P. 126—131. 3. Friedman M., McDonald G. M. Postharvest changes in glycoalkaloid content of potatoes / / Adv. Exp. Med. Biol.— 1999.—459.—P. 121—143. 4. Clement E., Verbist J. F. Determination of solanine in Sola- num tuberosum L. tubers: comparative study of 9 colorimetric methods / / Lebensmitt.-Wiss. + Technol.—1989.—13 — P. 202—206. 5. Ferreira F., Moyna P., Soule S., Vazguez A. Rapid determina tion of Solanum alkaloids by thin-layer chromatographic scanning / / J. Chromatogr.—1993.—653.—P. 380—384. 6. Herb S. F, Fitzatrick T. J., Osman S. F. Separation of potato glycoalkaloids by gas chromatography / / J. Agr. Food. Chem.—1975.—23.—P. 520—523. 7. Chen S. Analysis of glycoalkaloids from potato shoots and tomatoes by four-sector tandem mass spectrometry with scan ning-array detection: comparison of positive ion and negative ion methods / / Anal. Biochem.—1994.—218.—P. 157—169. 8. Hellenas К. E., Branzell C. Liquid chromatographic deter mination of the glycoalkaloids alpha-solanine and alpha- chaconine in potato tubers: NMKL Inter-laboratory study (Nordic Committee on Food Analysis) / / J. AOAC Int.— 1997 —80.—P. 549—554. 9. Hellenas K-E., Nyman A, Slanina P., Loof L., Gabrielsson J. Determination of potato glycoalkaloids and their aglycones in blood serum by High Performance Liquid Chromatography. Application to pharmacokinetic studies in humans 111. Chro matogr.—1992.—573.—P. 69—78. 10. Sotelo A, Serrano B. High-performance liquid chromato graphic determination of the glycoalkaloids alpha-solanine and alpha-chaconine in 12 commercial varieties of Mexican potato. / / J. Agr. Food Chem.—2000.—48.—P. 2472—2475. 11. Simonovska В., Vovk I. High-performance thin-layer chro matographic determination of potato glycoalkaloids. / / J. Chromatogr.—2000.—903.—P. 219—225. 12. Pat. USA ent N US 5614408. Monoclonal antibodies to potato, tomato, and eggplant glycoalkaloids and assays for the same / L. H. Stanker, С. K. Holtzapple / / Publ. April 24, 1997/Oct. 18, 1996. 13. Korpan Y. I., Volotovsky V. V., Martelet C, Jaffrezic-Renault N., Nazarenko E. A, Elskaya A. V., Soldatkin A. P. A novel biosensor for steroidal glycoalkaloids detection based on pH- 281 НАЗАРЕНКО О. А. ТА ІН. sensitive field effect transistors. / / Bioelectrochemistry.— 2002.—55.—P. 9—П. 14. Arkkypova V. N., Dzyadevych S. V., Soldatkin A. P., Korpan Ya. I., Elskaya A. V., Gravoueille J.-M., Martelet С Jaffrezic-Renault N. Application of enzyme field effect transis tors for fast detection of total glycoalkaloids content in potato / / Sensors and Actuators В.—2004.—103.—P. 416—422. 15. Arkhypova V. N., Dzyadevych S. V., Soldatkin A. P., Elskaya A. V., Martelet C, Jaffrezic-Renault N. Development and optimisation of biosensors based on pH-sensitive field effect transistors and chollnesterases for sensitive detection of so- lanaceous glycoalkaloids / / Biosensors and Bioelektronics.— 2003.—18.—P. 1047—1053. 16. Дзядевич С. В., Солдаткін О. П., Архипова В. М., Шульга О. А., Єльська Г. В. Кондуктометричний ферментний глюкосенсор. Пошук шляхів поліпшення аналітичних ха рактеристик / / Укр. біохім. журн.—1995.—67, № 6.— С. 5 3 - 5 9 . 17. Bodart P., Kabengera Ck, Noirfalise A. Determination of a-solanine and a-chaconine in potatoes by high-perfomance thin-layer chromatography/densitometry / / J. AOAC Int.— 2000.—83.—P. 1468—1473: 18. Ill таль Э. Хроматография в тонких слоях.—М.: Мир, 1965.—508 с. 19. Шандренко С. Г., Головін А. С , Дмитренко М. П., Юрченко А. /., Бабичева О. Ф. Комп'ютерна реєстрація та аналіз результатів тонкошарової хроматографії / / Журн. хроматогр. т-ва.—2003.—2, № 4.—С. 22—30. 20. Пасешниченко В. А., Гусєва А. Р. Количественное опре деление гликоалкалоидов картофеля и препаративное их разделение / / Биохимия.—1956.—21.—С. 585—590. УДК 577.152.3:543.645.3:543.554 Надійшла до редакції 23.11.04 282
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-155659
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0233-7657
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T16:21:52Z
publishDate	2005
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
record_format	dspace
spelling	Назаренко, О.А. Солдаткін, О.П. Сосовська, О.Ф. Бенілова, І.В. Корпан, Я.І. 2019-06-17T09:58:45Z 2019-06-17T09:58:45Z 2005 Потенціометричний біосенсор для визначення глікоалкалоїдів картоплі: керована зміна аналітичних характеристик, порівняння з методом тонкошарової хроматографії / О.А. Назаренко, О.П. Солдаткін, О.Ф. Сосовська, І.В. Бенілова, Я.І. Корпан // Біополімери і клітина. — 2005. — Т. 21, № 3. — С. 275-282. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.0006F2 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155659 577.152.3:543.645.3:543.554 Щоб спрямовано змінювати аналітичні характеристики біосенсорів на основі рН-чутливих польових транзисторів (рН-ПТ) та іммобілізованої бутирилхолінестерази (БуХЕ) для визначення стероїдних глікоалкалоїдів картоплі запропоновано використання БуХЕ різного походження та варіювати час іммобілізації ферменту на поверхні потенціометричних перетворювачів. Показано, що застосування етилендіамінтетраацетату (комплексон іонів важких металів) і фосфотриестерази (фермент, який здатний розщеплювати винятково фосфороорганічні пестициди) дозволяє селективно визначати глікоалкалоїди на фоні іонів важких металів та фосфороорганічних пестицидів. За допомогою біосенсора і методу тонкошарової хроматографії протестовано 14 сортів картоплі, які культивуються на території України, та показано, що значення кореляції між даними, отриманими цими методами, складає 0,74. Чтобы направленно изменять аналитические характеристики биосенсоров на основе рН- чувствительных полевых транзисторов и иммобилизованной бутирилхолинэстеразы (БуХЭ) для определения гликоалкалоидов картофеля предложено использование БуХЭ различного происхождения и варьированиевремени иммобилизации фермента на поверхности потенциометрических преобразователей. Показано, что применение этилендиаминтетраацетата (комплектна ионов тяжелых металлов) и фосфотриэстеразы (фермента, способного расщеплять исключительно фосфороорганичские пестициды) позволяет селективно определять гликоалкалоиды на фоне ионов тяжелых металлов и фосфороорганических пестицидов. С помощью биосенсора и метода тонкослойной хроматографии протестированы 14 сортов картофеля, культивирующегося на территории Украины, и показано, что значение корреляции между данными, полученными этими методами, составляет 0,74. Butyrylcholinesterase (BuChE) of different origin along with variations of the time of the enzyme immobilization on the potentiometric transducer surface are offered to control analytical characteristics of the biosensor, based on pH-sensitive field effect transistor with immobilized BuChE, for detection of the potato glycoalcaloids. Utilization of ethylendiaminetetracetate (a complexon of heavy metal ions) and phosphotriesterase (an enzyme capable of exclusive disintegration of phosphororganic pesticides) is shown to enable the selective determination of glycoalcaloids at the background of heavy metal ions and phosphororganic pesticides. 14 potato varieties cultivated in Ukraine have been tested by the biosensor and thin-layer chromatography the correlation between both methods being 0.74. uk Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Біополімери і клітина Молекулярна та клітинна біотехнології Потенціометричний біосенсор для визначення глікоалкалоїдів картоплі: керована зміна аналітичних характеристик, порівняння з методом тонкошарової хроматографії Потенциометрический биосенсор для определения гликоалкалоидов картофеля: направленное изменение аналитических характеристик, сравнение с методом тонкослойной хроматографии Potentiometric biosensor for detection of potato glycoalcaloids: control of its analytical characteristics, comparison with thin-layer chromatography Article published earlier
spellingShingle	Потенціометричний біосенсор для визначення глікоалкалоїдів картоплі: керована зміна аналітичних характеристик, порівняння з методом тонкошарової хроматографії Назаренко, О.А. Солдаткін, О.П. Сосовська, О.Ф. Бенілова, І.В. Корпан, Я.І. Молекулярна та клітинна біотехнології
title	Потенціометричний біосенсор для визначення глікоалкалоїдів картоплі: керована зміна аналітичних характеристик, порівняння з методом тонкошарової хроматографії
title_alt	Потенциометрический биосенсор для определения гликоалкалоидов картофеля: направленное изменение аналитических характеристик, сравнение с методом тонкослойной хроматографии Potentiometric biosensor for detection of potato glycoalcaloids: control of its analytical characteristics, comparison with thin-layer chromatography
title_full	Потенціометричний біосенсор для визначення глікоалкалоїдів картоплі: керована зміна аналітичних характеристик, порівняння з методом тонкошарової хроматографії
title_fullStr	Потенціометричний біосенсор для визначення глікоалкалоїдів картоплі: керована зміна аналітичних характеристик, порівняння з методом тонкошарової хроматографії
title_full_unstemmed	Потенціометричний біосенсор для визначення глікоалкалоїдів картоплі: керована зміна аналітичних характеристик, порівняння з методом тонкошарової хроматографії
title_short	Потенціометричний біосенсор для визначення глікоалкалоїдів картоплі: керована зміна аналітичних характеристик, порівняння з методом тонкошарової хроматографії
title_sort	потенціометричний біосенсор для визначення глікоалкалоїдів картоплі: керована зміна аналітичних характеристик, порівняння з методом тонкошарової хроматографії
topic	Молекулярна та клітинна біотехнології
topic_facet	Молекулярна та клітинна біотехнології
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155659
work_keys_str_mv	AT nazarenkooa potencíometričniibíosensordlâviznačennâglíkoalkaloídívkartoplíkerovanazmínaanalítičnihharakteristikporívnânnâzmetodomtonkošarovoíhromatografíí AT soldatkínop potencíometričniibíosensordlâviznačennâglíkoalkaloídívkartoplíkerovanazmínaanalítičnihharakteristikporívnânnâzmetodomtonkošarovoíhromatografíí AT sosovsʹkaof potencíometričniibíosensordlâviznačennâglíkoalkaloídívkartoplíkerovanazmínaanalítičnihharakteristikporívnânnâzmetodomtonkošarovoíhromatografíí AT benílovaív potencíometričniibíosensordlâviznačennâglíkoalkaloídívkartoplíkerovanazmínaanalítičnihharakteristikporívnânnâzmetodomtonkošarovoíhromatografíí AT korpanâí potencíometričniibíosensordlâviznačennâglíkoalkaloídívkartoplíkerovanazmínaanalítičnihharakteristikporívnânnâzmetodomtonkošarovoíhromatografíí AT nazarenkooa potenciometričeskiibiosensordlâopredeleniâglikoalkaloidovkartofelânapravlennoeizmenenieanalitičeskihharakteristiksravneniesmetodomtonkosloinoihromatografii AT soldatkínop potenciometričeskiibiosensordlâopredeleniâglikoalkaloidovkartofelânapravlennoeizmenenieanalitičeskihharakteristiksravneniesmetodomtonkosloinoihromatografii AT sosovsʹkaof potenciometričeskiibiosensordlâopredeleniâglikoalkaloidovkartofelânapravlennoeizmenenieanalitičeskihharakteristiksravneniesmetodomtonkosloinoihromatografii AT benílovaív potenciometričeskiibiosensordlâopredeleniâglikoalkaloidovkartofelânapravlennoeizmenenieanalitičeskihharakteristiksravneniesmetodomtonkosloinoihromatografii AT korpanâí potenciometričeskiibiosensordlâopredeleniâglikoalkaloidovkartofelânapravlennoeizmenenieanalitičeskihharakteristiksravneniesmetodomtonkosloinoihromatografii AT nazarenkooa potentiometricbiosensorfordetectionofpotatoglycoalcaloidscontrolofitsanalyticalcharacteristicscomparisonwiththinlayerchromatography AT soldatkínop potentiometricbiosensorfordetectionofpotatoglycoalcaloidscontrolofitsanalyticalcharacteristicscomparisonwiththinlayerchromatography AT sosovsʹkaof potentiometricbiosensorfordetectionofpotatoglycoalcaloidscontrolofitsanalyticalcharacteristicscomparisonwiththinlayerchromatography AT benílovaív potentiometricbiosensorfordetectionofpotatoglycoalcaloidscontrolofitsanalyticalcharacteristicscomparisonwiththinlayerchromatography AT korpanâí potentiometricbiosensorfordetectionofpotatoglycoalcaloidscontrolofitsanalyticalcharacteristicscomparisonwiththinlayerchromatography

Institution

Similar Items