DE2412354C2 - Enzymatisches Analysenverfahren - Google Patents

Enzymatisches Analysenverfahren

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DE2412354C2
DE2412354C2 DE19742412354 DE2412354A DE2412354C2 DE 2412354 C2 DE2412354 C2 DE 2412354C2 DE 19742412354 DE19742412354 DE 19742412354 DE 2412354 A DE2412354 A DE 2412354A DE 2412354 C2 DE2412354 C2 DE 2412354C2
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pyruvate
kinase
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Description

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45
Die Im lindling bezieht sich auf ein Analysenverfahren zur enzymatischen Bestimmung von Substraten in biologischen Flüssig .eilen, insbesondere im Serum, durch Phosphorylierung des Substrates oder eines daraus enzymatisch erhaltenen Uinsetzungsproduktes tnit ATP in Gegenwart einer spezifischen Kinase unter Freisetzung von ADP. Umsetzung des letzteren mit Phosphoenolpyruvat in Gegenwart von Pyruvatkinase '(inter Bildung von Pyruvat. Hydrierung des Pyruvals mittels NADII in Gegenwart von Lactatdehydrogenäse und Messung des NADI!-Verbrauchs.
In der Analytik werden Bestandteile in biologischen flüssigkeiten häufig nach folgendem allgemeinen Reaklionsseheina bestimmt:
60
spez. Kinase
S -f ATP ■ S-Phosphat 4 ADP
PK
ADP f PFP
ATP
DlI
'vruvai + NADII
Pviuvat
l.-I.actal 4 NAD
In den obigen Gleichungen bedeutet S das /u bestimmende Substrat oder ein daraus durch eine vorgeschaltete enzymatische Reaktion erhaltenes Umsetzuntisprodukt. ATl1 Adenosintriphosphat. S-Phosphat phosphor)lieries Substrat oder Umsetzungsproduki. ADP Adenosindiphosphat. PFP Phosphoenolpyruvat. PK PvTU\atkinase. NADH reduziertes Nicotinamid-adenin-dinucleotid. LDi I Laciatdehvdrogenase und NAD ox\dienes Nicolinamid-adenindinueleotid.
Bei der obigen Reaktionsfolge isl die Venge des m der ersten Reaktion gebildeten ADPs direkt der unbekannten Menge an S propone >nai. Meßgröße i>' der Verbrauch an NADH. welches durch Bestimmung der Absorpiionserniedrigung bei 340 nm. Hg 3(ö oder Hg 335 routinemäßig gemessen wird. Das obige Reaklionssysiem ist allgemein anwendbar zur Bestimmung von Substanzen, die unter dem Finfiuß einer spezifischen Kinase durch ATP unter Bildung von ADP phosphors üert werden können bzw. von Substanzen, aus denen sich entsprechend phosphoiviieibarc Umsetzungsprodukie erhalten kissen
Das oben dargestellte Reaklionsschema wird insbesondere im klinisch chemischen Lahor in großem Umfang zur Bestimmung verschiedene; Subsu-aubeniitzt. wobei die Spezililäi für ein bestimmtes Substrat leweils durch die spezifische Kinase erzieh wiui. Das Svslem hat jedoch den Nachteil, daß m biologischen Flüssigkeiten, wie Körperflüssigkeiten und insbesondere im Serum, in der Regel andere Substanzen vorliegen, die ebenfalls /u einer NAl)I I-\ei biauehcnden Reaktion führen. Dies gilt ganz besonders für endogenes Pyruvat. Lin wer.erer Grund fin die berücksichtigung eines Probenleer" ei ies ist u;e unieischiedliche Figenabsorption der biologischen bzw. Körperllüssigkeiten bei den genannten Wellenlängen. /. B. auf Cirund ihres Biliruhingehalies. Man hat daher derartige Bestimmungen bisher in der Regel unter Mitführung eines Probenleei wertes, in dem die spezifische Kinase. also das phosphorylierendc 1 nzvm. fehlt, durchgeführt. Dureil Subtraktion der in ilen beiden Parallelbestimmungen erhaltenen Prgebnisse läßt sich dann der Gehalt an der gesuchten Substanz bestimmen. Nachteilig daran ist. daß doppell so viel der an sich sehr teuren enzymaiischen Reageniien benötigt werden als für die Bestimmung erforderlich wäre, mithin die Reagentienkosien praktisch verdoppelt werden. Nachteilig ist weiter, daß the Durchführung des Verfahrens mil dem derzeit gebräuchlichen Analvsenautomalen nur möglich ist. wenn zwei Meßkanäle zur Verfügung stehen.
Fine andere Möglichkeit zur Beseitigung des durch endogene Substanzen verursachten Fehlers besteht darin, die endogenen Substanzen vor /ugahe der spezifischen Kinase abreagieren zu lassen, in einer eisten Bestimmung den NADH-Veibrauch zu messen, dann die spezifische Kinase zuzusetzen und erneut den NADll-Verbrauch zu bestimmen. Dieses Verfahren ist aufwendig und hat den besonders schweren Nachteil, daß es auf den bekannten automatischen Analysengerälcn überhaupt nicht durchführbar isl.
Der Fründung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der oben beschriebenen ArI zu schaffen, bei welchem nur eine einzige Messung durchgeführt werden muß und bei welchem der Verbrauch an Fnzymen verringert wird. Außerdem soll das Verfahren zur Durchführung auf gebräuchlichen Analvsenautomalen ueeiüiu'i sein.
Gelöst wird diese Aufgabe hei einem Verfahren der obengenannten Art ciTmdungsgemäß dadurch, dall 4k· Flüssigkeitsprone in Abwesenheit der spe/iiischen Kinase und in fieren wart eines NA D! l-rcüt'P.erierjp.-4c η en/>niatisehen Systems mil den für die Reaktions- |t)lge benötiglcn Reagenzien umgesetzt wird, anschließend die 1 nzvine durch emc semipermeable Membran aus der Reaktionslösung abgetrennt werden. die spezifische Kinase. Pyruvatkinase und I.aclatdehydrogenase dem l-'illr;it zugesetzt werde.ι und die Messung durchgeführt wird.
Das \'erl"ahren der Frfindung eignet sich prinzipiell für alle en/ymatischen Analyseiiverfahren. bei welchen entweder das zu bestimmende Substrat ;elbsl oder aber das Produkt einer vorgcschaltclen en/ymatisehen Reaktion mit Ali1 und der entsprechenden spezitiichen Kinase umgesetzt wird unter Bildung von Al)P. Beispiele für derartige Verfall!cn sind die Bestimmung ton freiem Glycerin iKhn. Wschr.. 40. .Vi2 I1IWOI.). Neulralletl (Kim. Wschr.. 44. 2(>2 | l%f,]t. (reaiinm (Scand. .I.Ciin. I.ab. ln\est.. 2'). Suppl ! 2fi j I9721I. Glucose (Bii'chem. /.. >2N. 4'J1J | 1957 ||.
Wird das Substrat der spezifischen Kin.ise selbst bestimmt, beispielsweise im lalle der Mcssun-j. um fteiem Ghcerin. so wird nur die hierfür spezilische Kinase. im Beispielslali also (jlycerinkinase. zugesetzt. I alls die Kinase ein aus dem eigentlich zu Iv stimmenden Subsirai enzv malisch erhaltenes I m set/ungsproduki phosphoryücrl. ist zusätzlich noch das enzymatische Reaklionssystem zur Gewinnung des l:mselzungsproduktes aus dem Substrat in der ersten Verfahrenssl nie erforderlich.
um Beispiel hierfür ist die Neulrallclthesiimmung (Triglyderidbestimmungl. wobei die Fette mit I.ipase und gegebenenlalls Isteiase umgesetzt werden unter Hildung von Glycerin und Fettsäure und gebildetes Glycerin dann wiederum mit AIP uud Glycerinkinase phosphorvliert wird.
Die für die Reaktionsfolge benötigten Reagenzien sind a 111.Wr den erwähnten Fnzymen AIP. PI. P und NAf)H auch die llilfsstoffe wie PulTersiibstanzen. anorganische Salze, beispielsweise Magnesiumsulfat, gegebenenfalls oberflächenaktive Substanzen u. dgl. Alle diese Stoffe sind dem Fachmann im Rahmen dei durchzuführenden Reaktionsfolge bekannt und brauchen hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden.
Das NADIl-regencrierende en/ymatisehc System besteht im wesentlichen aus einer NADl !-spezifischen Dehydrogenase sowie einem Substrat für diese Dehydrogenase. Bevorzugt wird im Rahmen der Frfindung ein derartiges System, welches Alkoholdehydrogenase und als Substrat Alkohol enthüll. Andere NADH-spezifisehe Dehvdrogenasen und Substrate Tür diese können jedoch in gleicher Weise verwendet werden. ss
Als semipermeable Membran wird im Rahmen der lirfindung eine Membran verwendet, welche F.iweißstoffe zurückhält, niedermolekulare Substanzen jedoch durchläßt. Beispiele für geeignete Membranen dieser Art sind Dialysemembranen, IJItrafiltrationsmcmbranen. Membranen für die umgekehrte Osmose und ähnliche.
Bei Durchführung des crlindungsgcmäßcn Vcifahrens aiii einem der handelsüblichen Analysenaulomalen kann als semipermeable Membran zur Abtrennung der Proteine der in derartigen Apparaten in der Regel vorgesehene Dialyseapparat eingesetzt werden. J is ist daher möglich, das eriindungsgemäße Verfahren auf derartigen Automaten durchzuführen, ohne diese abändern zu müssen und ohne daß ein zweiter Meßkanal erforderlich ist. Bei dieser Aus-ΠΐΙΐΓ.ιη.ιΛ^., .-l..r l-'i-Krwlimx .lir/l rl-ih.-r im Prm/!·"!
1 UIM ^ll^JI Vl III VJ*-! I.I IIIIUUllL. ηιι-ι U *4 . · t- ι ·.·· -f
von einer Kompartmenlierung der Umsetzungen Gebrauch gemacht, wobei die en/ymatischen Reaktionen, ausgenommen die Phosphorylierung mit Al P !infolge Fehlens der spezifischen Kinase) in einem ersten !■Compartment ablaufen, die niedermolekularen Bestandteile dann durch die semipermeable Membran in ein /weites (Compartment übertreten, ohne daß irgendwelche Messungen erforderlich sind, im zweiten (Compartment dann die spezifische Kinase. PK und Ff)Ii zugesetzt werden und der NADH-Verbratich pholometrisch gemessen wird. Da durch die semipermeable Membran auch das NADH-rcgenerierende System infolge Abtrennung der hier/u benötigten Dehviirot'crfa.sc ausgeschalte! uird. cn!spr;chi der gemessene NADH-Verbrauch allem der Menge de·, phosphorylierten Substrates unier Ausschaltung der Stön■ ■ ikiionen. Das Ausmali tier so \ eniiieilenen Slöi u.iklionen wird dabei erkennbar, wenn man z. B. für Serum die dort üblichen Pyrir.atkonzeniralionen mit den Konzentrationen vergleich.!, die \crschiedene nach dem oben beschriebenen Verfahren zu bestimmende Substanzen im Sei um noi ma!erwci\c aulweisen:
.Hl! Sllll-Ü.Ii
iiiiMi
P\ruvat
Tngiyceride
Ireies (ilvcerm
( real mm
0.(15 0.07
O.X 1.94
0.03 0.145
0.07 0.13
y„ bis io"
."MI",, bis 200"
4(1",. bis KHV1
Die obige I abellc liißt erkennen, dal* allem die durch Pyruval bedingte Störung ein mehrfaches des durch das Substrat bedingten Meßwer'cs ausmachen kann. Hinzu kommt, daß in den biologischen Flüssigkeiten in vielen Füllen auch andere störende Stoffe wie Bilirubin vorliegen, deren Finfluß ebenfalls beim erfindungsgemäßen Verfahren ausgeschaltet wird I 111 dies zu zeigen, wurden steigende Mengen Bilirubin (bis zu 10 mg KM) mil in einem Serum gelöst. Die Bestimmung des (ilyceringchaltes mit einem derartigen Reagensgemisch ergab mit und ohne Bilirubin gleiche Werte Bei Weglassung des NADI !-regenerierenden S\stems ergaben sich etwa 10"» höhere Meßwerte. die auf dem endogenen Pyrtnatgchalt beruhen, ledoch überraschenderweise von der Bilirubinkonzentraiion praktisch unabhängig waren. Durch das erlindimgsgemäße Verfahren werden daher auch Störungen ausgeschaltet, tue auf eine 1 igenlarbung der biologischen Flüssigkeit zurückzuführen sind. Woraul dieser I llekt beruht, ist nicht bekannt.
Durch die Beseitigung der Notwendigkeit, einen Probeiilcerwer! zu bestimmen, wird der Verbrauch an teuren Pnzymen bis zu 5()"„ herabgesetzt, und gleichzeitig wild die Aulomalengängigkeit des Verfahrens nicht nur beibehalten, sondern es wird auch möglich. mit solchen Analysenaiilomalen zu arbeilen, die nur einen einzigen Meßkanal aufweisen. Bei Analysenauloniaten mil zw>'i Meßkanälen wird nicht nur ein Meß-
kanal für andere Bestimmungen freigehalten, sondern aueh die Handhabung wird wesentlich einfacher, denn der /eilliche, elektronische und optische Abgleich 7WViLT Analvsenaulomatenkanälc wird eingespart
hilindungsgemäß werden auch Störungen durch s einen Gehalt an hochmolekularen Proteinen, die das Licht stark streuen und auf diese Weise eine Lichiabsorplion vortäuschen, ausgeschaltet, beispielsweise bei stark lipämischen Seren.
Besonders gute Hrgebnissc wurden im criindungsgemälk-n Verfahren er/ielt mit Äthanol und Alkoholdehydrogenase als NADH-regenerierendes Svslem. wenn die Alhanolkon/entraiion mindestens 2 g 100ml Puffer und die ADH-Kon/entralion mindestens 1X0 11.' ml betrug. Geeignet erwies sich in diesem I alle insbesondere Triäihanolamin-Puffer 0.05 bis 0.2 M. pH 7 bis X.
Die folgenden Beispiele erläutern die I ilindung » eiler.
B e 1 s ρ ι ■_· I 1
Gh ceri η best i mm im ti
In die Bestimmung wurde cmgeset/l cmc wäHrigc Probe. Gheenn-Kon/enlralion von 30 mg 100 ml. Der 1 i η Π ιι (Λ von Pyruval wurde studiert durch /usal/ von 2. 4. 6. S und H) mn Pvruval 100 ml zur Pii.be.
Aussei uhr ι wurde die Bestir,mnni^ am Aulo-Anah/ci. II. (ienemlion. einem Anahscnauiomatcn der 1 um.: "I echnicon. LSA. Dieser Apparai aibeiiei mil einem Kontinuierlichen 1-1IeHr11 sicm, die Dosieiungeii dei em/elnen Rcagcn/ien werden dcshaib 111 u'li Dimension im! mm I angegeben, /ur Abirenn 11 n·: der I n/v me dieme eine handelsübliche Dm!;^c/cIIc der liinia I echnicon. I.SA. Die Probe ■.'. urdc 10.05 ml mim in:i einer Lösung, enihalleiid 1 riäihani-lamiii- l'uilei. 0.1 M.pll = 7.6. NADl! !U.H25 mMl.AI Piu.i lm\|i. Pi P (0.04 inMi. Magnesiumsiiliat li.OniMi. ΑιΙκπηΊ !2 g H)O ml), und den Ln/vmcn 1.1)1! π.('!Γηι1:. PK 10.3 IL' mil sown. ADH ι !Μι !Γ πι! ι verdünnt mn einer Iheügcselnv iiuliukeii von O.S ml nun Diahsiei; wird gegen eine Losung, enthaltend I näihanoiamm-Puifer. 0.1 M. pH .-.=■ 7.',. mn NADlI Ki.i ni\li. A! I" 10.53 mVli. IM-. P(0.1 X mMl. \!a-neMLim-üi!an l.OmMi. 1.1)11 (6.4 Il mil. !'K Il !I nil
geschwindigkeit \on u.6 mi ιιπη.
Dem Diahsal wird die I.ösuii-.
mn
der < ;lv C^ I ok;!U-.C
|2 Il ml m 7.5 mM Ma-jncMum^uiiai. /iuemisch'. .ι :; u.i mi miii I )ie I Minklions-
abnahnie. ausgcdruAi m skaienieile. n.n.h emei Inku'i.aiUMis/eil von ".5 Mmnieii iv. ;" <■ \M;d gemessen. In labelle I -.nut die 1 ieehni^e /iisamnien-
Tabelle 1
/usat/c
!'\ ι u\al
\V ictlci lin^iuni.'
Sp.ille I
nnl Sei inn I cc!
' 'iiiiL Scr mn i ei.-; \'.ι.-11
olllK· N \l)ll-H-.L-C!K'n;-U!iii-
line KH) ml) i S k.: I c ι H C111- ί (",, S\ ιοο!οτ limi unv isk;ilenieilL-l ί".·ι
Probe 1 2 72 = 100 73 101
Probe 1 4 72 100 7J.; K)X
Probe 1 6 74 102.7 K 1.5 113
Probe I χ 72.5 !00.6 86 1 19
Probe 1 IO 73 101 91.5 127
Probe ! I emliiill Jd.n mi: ( 72 HK) 4 ft. 5 134
Probe ilvecrin in KKI nil bide-.! W..SNCI
100
100.6
100.6
100
4 X. 6
l-!s wird deutlich, daß nur das erl'mdiingsgemiil.V- 0.04 mM PhP. 1.OmM Magnesiumsulfat. 2 g 100 ml
Verfahren (Spalte 3| mil einem Mcükanaf überein- so ΛΊΙκιηοΙ. 1.6 11 LDII ml. Ό.26 IΓ PKmI. 1X0 11
stimmende Werte /u dem als richtig beurteilten AI)H ml. 1 I Il' hsierase ml. 400 H I .ipase ml.0.1 mg
2-K.anal-Verfaliren mit l'roben-l.eerwerl liefert (Spal- Na-Dodecvlsull'at ml. te 11.
Beispie! 2
Bestimmung von Neuiralleli im I lumanserum
Als Probe wurden Humanseren genommen, denen l'jruvat in den Konzentrationen 2. 4. 6. X und IO mg 100 ml zugesetzt wurden. Apparativ wurde wie im Beispiel I beschrieben gearbeitet. Die Lösungen haben folgende Bestandteile und werden mit folgender Lheßgeschwindigkeit gepumpt: Probe: 0.05 ml min.
Lösung 1
1 ösung 2 (Diahsal)
0.1 M Lnälhanolamin-Puffer. pH 7.6. mn 0.6 ml min. enthaltend: 0.ImM NADH. 0.53 mM AIP. 0.1 X mM PL P. l.llinM Magnesiumsulfat. 6.4 Ul DH ml. 1.0 IU PK ml.
0.1 ml min. enlhai-
6s 7.5 111M Magnesiumsulfat
!end: 2 11; Gheerokmase ml.
0.1 M Lriätlianolamin-Puffer. pll 7.X. mil 0.XmI Die liikiihalions/eil beträgt 7.5 Minuten bei 37 (".
min. enthaltend: 0.025 111M NADII. 0.13 mM Al P. Die Meßwerte sind in labelle 2 /usammenucstcllt.
a be! le 2
'robe
Spalle I Spallc .?
mil Seimii-1 eeiwen ohne Seiiitn-1 eciucil
/Usal/C
l'\ru\at
oline Γ
S\ sicm
(mulOOmll (Skalenleüel I"« Wieilci- lSkalenieile) ΓΊι.ι ΙίηιΙιιηιϋ
ercndes
Spalte ·
tSkalenlcilci Γ\ο
'robe 1 4 29 100 31 !06.S 29 100
= 138 mg Neutralfett 6 29 100 35.5 I —_ 2') HK)
00 ml Serum 8 29 100 39.5 136 29.5 102
10 28 97 44.5 153 29.0 100
28 97 49 16S 29.0 100
2 28 97 53.5 1S4 29.0 100
'robe 2 4 21.5 11 3 19 100
= 114 mg Neutralfett 6 25 131 19 100
100 ml Serum 8 28.5 19 100
10 32 168 19 100
36.5 192 19 100
40.5 2 Π 19 10(1
Beispiel 3
körpereigenes Abbauprodukl de< Blutfarbstoffs UiK 30 zeigt bei 340 oder 366 mn eine Grenzabsorption
... 1 , r \ „■ , ,r; .u,,- Maximum lieiit bei 450 mn.) Im iibriizen werdet
•\ussdia tune von nlerleren/en andeiei eelaibtei . - ,',
.. , , - experimentell deiche Bedinminüen eingehalten wie in
Substanzen .'..,, ^ . - ".,,'■■ „
Beispiel 2. mil der. Aufnahme, dal> zur K^niioile 11
line Probe, in der Neuiralfelt bestimmt werden der Versuchsreihe Spalte 3 ohne kinavj (Glycero soll, wird mit einer Probe vermischt, die eine hohe 35 kinasei gemessen wurde. Bilirubin-Kon/entralion enthalt. (Bilirubin ist ein Die brgebmsse zeigt Tabelle
Tabelle 3 /us.n/c
Bilirubin
Wicdcrliiuluni;
Sp.iltc 1
Probe ohne Scriim-l cciwerl
»■»!WC SlTUHI-I ClTW CIi
mn NAnH-icvcMH-riLiiTnicrn System ohne Kin.isc KiK) und NAl)H-(komplelt) regenerierendes S\sien
imü HH) ml) (Sk.ilcntcilc) Γη W icdcrlindiinii) iSkalcnlcilcl ''M
Spjne λ
«ic bei I-rtinduni:. .iber ohne Ismase KiK I
lSk.ilen;ei!el ("ι. ι
Probe I (I 11 = HH) 1*1 9 0 0
Probe 2 0 18 = 100 1.7*) 9.5 0 0
Probe 2 18 H)O 1.7*1 9.5 0 0
Probe 2 18.5 102.7 1.7*) 9.5 0 0
Probe 2 10 17.5 97.2 1.7*| 9.5 0 0
Probe 3 0 37.5 = HK) 1.3*) 3.5 0 0
•| Dieser Weil repiascnlieil endogenes P\ni\.il
Die Wicderfindungsquolc von 0°ό in Spalte 3 beweist, daß kein F.infiuü von Bilirubin zu messen ist.

Claims (4)

  1. Patentansprüche·
    !. Ariaiysenverfahren zur enzymaiischen Bestimmung von Substraten in biologischen Flüssigkeilen, insbesondere im Serum, durch Phosphorylierung des Substrates oder eines daraus enzymatisch erhaltenen Umsetzungsproduktes mit AT P in Gegenwart einer spezifischen Kinase unter Freisetzung von ADP. Umsetzung des letzteren mit Phosphoenolpyruvat in Gegenwart von Pyruvatkinase unter Bildung von Pyruvat. Hydrierung des Pyruvats mittels NADH in Gegenwart von Lactatdehydrogenase und Messung des NADH-Verbrauchs, dadurch g e k e η nzeichnet, daß die Flüssigkeitsprobe in Abwesenheit der spezifischen Kinase und in Gegenwart eines NADH-regenerierenden enzymatisehen Systems mit den für die Reaktionsfolge benötigten Reagenzien umgesetzt wird, anschließend die F.n/yme durch eine semipermeable Membran aus der Reaklionslosung abgetrennt werden, dir spezifische Kinase. Pyruvatkmase und Lactaldehyurogcnase dem Filirat zugesetzt werden und die Messung durchgeführt wird.
  2. 2. Verfall ·η nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß ein NADH-regencrierendes System verwendet wird, welches eine NADH-spezilische Dehydrogenase und deren Substrat enthält.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß Alkohoidehydrogenase mit Alkohol .ils Substrat verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der Fn/yme durch Dialyse. Liltralillration, umsiekehrte Osmose oder Zentrifuüieren eifolut.
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