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第5期
化学世界
固定化肌红蛋白的电化学和电催化性能研究
李业梅
郧阳师范高等专科学校化学系,湖北丹江口442700)
摘要:用海藻酸納( Sodium Alginate,SA)将肌红蛋白(Mb)固定在热裂解石墨电极表面,制备了
Mb-SA膜修怖电极。包理在SA膜中的Mb在礫酸盐缓冲溶液(PBS)和乙醇混合溶液中与电极直
接传递电子,得到一对对称的Mb辅基血红亲Fe(II)/Fe(II)电对的氧化还原峰,式电势为
0.339V(sSCE)。式电势随缓冲溶液pH增加而负移且成性关系,直线斜率为-47.0mV/pH,
说明肌红蛋白的电子传递过程伴随有质子的转移。并研究了Mb-SA膜修怖电极在水一乙醇混合溶
液中催化还原H2O2和NO,该修饰电极可用于H2O2和NO2的定量检测。
关键词:肌红蛋白;海藻酸钠;直接电化学;电催化;水-有机混合溶液
中图分类号:O646
文献标志码:A
文章编号:0367-6358(2012)05-0261-03
Electrochemistry and Enzymatic Catalysis of Immobilized Myoglobin
LI Ye-me
De partment of Chemistry, Teachers'college of Yunyang, Hubei Danjiangkou 442700, China)
Abstract Myoglobin was immobilized on edge-plane pyrolytic graphite(EPG)electrodes by sodium
alginate hydrogel. The protein entrapped in the sodium alginate film in aqueous-ethanol solvent mixtur
underwent fast direct electron-transfer reaction with the formal potential(E) of-0.339V(Us SCE)
corresponding to Fe(III)/ Fe(II). The Es was linearly dependent on buffer solution PH with the slope
value of-470mv/ph, indicating that the electron transfer was proton-coupled. The catalytic reduction of
hydrogen peroxide and nitric oxide by myoglobin entrapped in sodium alginate hydrogel in aqueous-ethanol
solvent mixture was also studied
Key words: myoglobin; sodium alginate; direct electrochemistry; electrocatalysis; aqueous-organic
solvent mixture
研究表明,在有机溶剂或水-有机混合溶剂中,和实际应用价值
一些酶仍具有较强的催化活性。有机相电化学酶
海藻酸钠水凝胶能将肌红蛋白固定于电极表
电极的操作条件较高,使用水-有机混合溶剂,一方面,并且能促进蛋白质与电极之间的直接电子传递。
面为保持酶的活性提供水环境和溶解适宜的支持电海藻酸钠水凝胶呈网状结构,其中许多水腔,为蛋白
解质;另一方面有机溶剂能增加疏水性物质的溶解质提供适宜的微水环境,而且海藻酸钠水凝胶在各
度,提高酶催化转化疏水性物质的效率?。因此研种有机溶剂中很稳定。利用这一特点,本文研究了
究酶电极在水-有机混合溶剂中的电化学和电催化Mb-SA膜修饰电极在水-乙醇混合溶液中的电化学
性质,测定一些水溶性较差的物质的含量,具有理论和电催化性质,探讨了对H2O2和亚硝酸根定量检
收稿日期:2011-11-30;修回日期:2012-04-09
甚金项目:湖北省教育厅重点科研项目(D200960004)
作者简介:李业梅(1964-),女,教授,主要从事生物电化学研究。Tel:189953809,E-mail:yemeili660126.com。
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测的可能性。
更强,峰电流明显增大,峰位置负移约43mV。而
1实验部分
在此电位范围内,裸电极和SA/EPG在Mb溶液中
1.1仪器与试剂
扫描并没有出现氧化还原峰(图1c),说明SA能促
电化学工作站(CH1660,上海辰华仪器公司),进Mb与电极的电子传递过程。阴、阳极峰电流均
超声仪(SY1200,上海声源超声波仪器设备有限公随扫描速度而增大,在0.1~2.6V/s范围内均与
司),pHS-25型酸度计。
扫描速度成线性关系,线性方程和相关系数分别为
取适量马心肌红蛋白(Mb, Fluka)溶于10i=-1.69+13.107,R=0.996;1i=-1.39-
mmol/L,pH7.0的磷酸盐缓冲溶液中,制成蛋白质15.37U,R=-0.999(图2)这是表面电化学的
溶液。海藻酸钠(SA)溶解于沸水中配成0.4%的特征
水凝胶,与蛋白质溶液混合前,在SA水凝胶中,加
入N,NV-二甲基甲酰胺(DMF,分析纯,上海凌峰化
505
学试剂有限公司),加速凝胶化过程。H2O2(上海化
学试剂公司)浓度用KMnO4法标定,H2O)2贮备液
在4℃条件下保存,每次使用前用水稀释。实验中
10
使用的缓冲溶液为0.1mol/L的酒石酸盐(pH3.0
6.0)、磷酸盐(PBS)KH2PO4-Na2HPO4(pH16.0
0.8-0.6-0.4-0.20.00.2
E/V ys SCE
8.0),Na2HPO4-NaOH(pH11.0~13.0)、硼砂
(pH8.0~10.0)。水-有机混合溶液为0.1mol/L
400
缓冲溶液与无水乙醇1:1(V/V)的混合溶液。其
它试剂均为分析纯,实验用水为三次蒸馏水。
0
1.2实验方法见文献
2结果与讨论
2.1直接电化学行为
0.00.51.01,52.02.5
将MbSA/EPG置于pH7.0PBS/乙醇混合
溶液中,循环伏安扫描发现在-0.8~0.2V电位范图2a.Mb-SA/EPG在pH7.0PBS/乙醇混合液中的
围内有一对对称的氧化还原峰(图1a),阴极峰电势
CV图,扫描速度V/s:i,0.1;i.0.3;i,0.5.b.
E和阳极电势E分别为-0.370V和-0.308V,电
峰电流弌扫速的关系
势差△E2=62mV,式电势E"”为0.33V。这是
2pH的影响
Mb血红素辅基中氧化还原中心FeID/Fe(ID的
Mb-SA膜修饰电极在所研究的pH范固(3.0
氧化还原特征峰。阴阳极峰电流之比in/ina=
10.0)内,均能得到一对清晰的可逆氧化还原峰
0.973,说明Mb的氧化还原是准可逆的。与在(图3a)。E'随缓冲溶液pH的增大而负移并成线
H7.0PBS中的循环伏安(图1b)相比,电化学信号性关系,线性方程为E"'=-0.030-0.047pH,R=
0.992,pHI=3.0~10.0(图3B)。说明蛋白质分
子中的氨基酸残基,