DE2625834C3 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von
Substraten oder Enzymaktivitäten unter Anwendung einer
Redox-Reaktion als Meßreaktion in Verbindung mit der
Bestimmung von H₂O₂, wobei eine mögliche Störreaktion
durch Ascorbinsäure verhindert wird.
In der klinischen und pharmazeutischen Chemie, der
Biochemie und der Lebensmittelchemie sind Redox-Reaktio
nen zur Bestimmung von Enzym- bzw. Substrat-Konzentra
tionen von großem Interesse. Die Auswertung dieser
Reaktionen kann über photometrische Messungen erfolgen.
Sind in dem Testsystem neben den interessierenden
Redox-Partnern nun noch weitere reduzierende Substanzen
vorhanden, so ist mit Störungen zu rechnen. Besonders
häufig ist im Probematerial Ascorbinsäure anzutreffen.
Sie gibt als starkes Reduktionsmittel zu Störungen
Anlaß, wenn Pharmaka oder physiologische Flüssigkeiten,
wie Harn oder Urin, ascorbinhaltige Planzensäfte oder
sonstige Lebensmittel, die Ascorbinsäure enthalten oder
denen sie zugesetzt wurde, zur Untersuchung kommen. So
ist z. B. bekannt, daß folgende Reaktionen durch Ascorbin
säure gestört werden:
- A Reaktionen, bei den H₂O₂ und ein Wasserstoffdonator mit Peroxidase (POD) umgesetzt werden, werden durch die Reaktion gestört.
- B Reaktionen, bei denen Tetrazoliumsalze mit Reduktions mitteln zu Formazanen reduziert werden, werden durch die Reaktion Ascorbinsäure+Tetrazoliumsalz → Formazan+ Dehydroascorbinsäuregestört.
- C Reaktionen, bei denen Phenole mit nucleophilen Reagen tien oxidativ gekuppelt werden, werden dadurch gestört, daß Ascorbinsäure in noch nicht geklärter Weise zu Nebenreaktionen führt, so daß uneinheitliche Kupplungs produkte entstehen, die in ihrem Absorptionsverhalten in normalem und UV-Licht von den normalerweise gebilde ten Kupplungsprodukten abweichen.
Zur Entfernung der Ascorbinsäure aus dem Probenmaterial
sind die üblichen Oxidationsmethoden in der Regel unge
eignet, wenngleich in den US-Patentschriften 34 11 887
und 38 62 885 einschlägige Verfahren beschrieben sind,
bei denen durch den Zusatz von Kupferionen oder einem
Reagens, welches diese bildet, die Störung durch Ascor
binsäure vermieden werden soll. Oxidationsmittel greifen
auch Substrate und Enzyme an und zerstören sie. Ihre
Reduktionsprodukte, meist zwei- oder dreiwertige Metall
ionen, hemmen häufig die Enzyme, die zur Indikatorreak
tion benutzt werden. Die Zerstörung der Ascorbinsäure
mit Sauerstoff erfordert stark alkalisches Milieu, z. B.
25proz. NaOH. Das führt ebenfalls zur Zerstörung von
Substraten und Enzymen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Bestimmung von Substraten oder Enzymakti
vitäten unter Anwendung einer Redox-Reaktion als Meß
reaktion in Verbindung mit der Bestimmung von H₂O₂ zu
schaffen, welches durch Ascorbinsäure nicht mehr gestört
wird, ausgenommen unter Verwendung des integralen analy
tischen Elements gemäß Anspruch 16 der DE-OS 25 32 918.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
dem Reaktionsansatz Ascorbatoxidase aus Zucchini (Cucur
bita pepo medullosa) zugesetzt wird.
Ascorbatoxidase aus Zucchini (Cucurbita pepo medullosa)
katalysiert die Reaktion:
In der DE-OS 25 32 918 wurde zwar bereits vorgeschlagen,
Ascorbatoxidase in einem Element unterzubringen, um
Ascorbationen zu entfernen, die die Analyse von Glucose
stören können. Nach den Angaben der Literatur über
Ascorbinsäure-Oxidase war aber zu erwarten, daß sich
dieses Enzym nicht für den erfindungsgemäßen Zweck
verwenden läßt. Alle bisher gewonnenen Enzympräparate
produzieren nämlich in einer Nebenreaktion H₂O₂. Gleich
zeitig unterliegt die Ascorbatoxidase einer sehr raschen
Inaktivierung, welche dem gleichzeitig gebildeten H₂O₂
zugeschrieben wird (Biochemical Copper Proceedings
Symposium Harriman New York, 1965, S. 305-337). Das
gilt auch für höchstgereinigte Präparationen, die in
der Ultrazentrifuge und bei der Elektrophorese keinerlei
Verunreinigungen mehr zeigen (Biochem. 4, 1362-1370
(1965)). Die Reaktionsinaktivierung wird auf die H₂O₂-
Bildung zurückgeführt (Biochem.Biophys.Acta 56, 427-439
(1962)). Nach den Berechnungen der letzteren Autoren
kann 1 U Ascorbatoxidase in 1 mMol/l Ascorbinsäurelösung
0,7 10-2 mMol/l H₂O₂ produzieren. Solche Ascorbat-Konzen
trationen sind in Probelösungen häufig vorhanden. Das
gebildete H₂O₂ steht ohne weiteres für enzymatische
Reaktionen zur Verfügung, wie am Beispiel der Katalase
nachgewiesen wurde. In dem System
zum photometrischen Nachweis von H₂O₂ bewirkt es bei
einem molaren Extinktionskoeffizienten von ca. 20 cm²/µMol
eine Extinktionsdifferenz von 0,14. Da der Meßbereich
normaler photometrischer Reaktionen von ca. 0,01 bis
1,00 reicht, wird hier ein untragbarer Fehler hervorge
rufen. In gleicher Weise werden Reaktionen gestört, bei
denen anstelle von H₂O₂ organische Hydroperoxide und
anstelle von POD Hämoglobin oder andere Oxidationskata
lysatoren verwendet werden.
Aber abgesehen von diesem durch das H₂O₂ hervorgerufenen
Fehler war aus der oben zuletzt angeführten Literatur
stelle bekannt, daß die Umsetzung der Ascorbinsäure
schon lange vor ihrer vollständigen Entfernung zum
Stillstand kommt.
Besonders gravierend mußte dies bei all solchen Redox-
Reaktionen sein, bei denen H₂O₂ entsteht, da dieses
H₂O₂ je einerseits die Inaktivierung des Enzyms noch
beschleunigen mußte und andererseits die Neubildung von
H₂O₂ durch die Ascorbatoxidase selbst zu völlig unüber
sichtlichen Erscheinungen führt. Es ist daher höchst
überraschend, daß es entgegen den Erwartungen möglich
ist, die auf dem Vorhandensein von Ascorbat beruhenden
Störungen durch den Zusatz von Ascorbatoxidase vollstän
dig zu beseitigen, ohne daß andere Störungen auftreten,
die den Vorteil der Ascorbatbeseitigung wieder zunichte
machen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei enzymatischen
Reaktionen angewendet, bei denen H₂O₂ gebildet wird,
also bei Reaktionen, die durch Oxidasen wie Glucoseoxi
dase, Uricase, Cholesterinoxidase und dergleichen
katalysiert werden. Die zugesetzte Ascorbatoxidasemenge
richtet sich nach der Höhe der zu erwartenden Ascorbin
säuremenge in der Probe. In der Regel werden 0,002 bis
100-U-Ascorbatoxidase/ml, vorzugsweise 0,01 bis 30 U/ml
Testansatz eingesetzt. Der pH-Wert der Reaktion richtet
sich in erster Linie nach dem pH-Wert, welcher für das
oder die anderen beteiligten Enzyme erforderlich ist.
pH-Werte zwischen 4,0 und 8,5 erwiesen sich dabei für
das Verfahren der Erfindung als geeignet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Reagens
zur enzymatischen Bestimmung von Substraten oder Enzym
aktivitäten, enthaltend ein System zur Bestimmung eines
Substrats oder Enzyms mit einer Redox-Reaktion als
Meßreaktion und ein System zur Bestimmung von H₂O₂,
sowie einen Zusatz, der verhindert, daß Ascorbinsäure
als möglicher Störfaktor auftritt, ausgenommen unter
Verwendung des integralen analytischen Elements gemäß
Anspruch 16 der DE-OS 25 32 918, welches dadurch gekenn
zeichnet ist, daß es als Zusatz Ascorbatoxidase aus
Zucchini (Cucurbita pepo medullosa) enthält.
Reagentien dieser Art enthalten, falls Glucose das zu
bestimmende Substrat ist, Peroxidase, Glucoseoxidase,
o-Dianisidin oder Azino-di-3-äthylbenzylthiazolinsulfo
nat-(6) zusammen mit Puffer. Bei Harnsäure als dem zu
bestimmenden Substrat besteht das System aus Peroxidase,
Uricase, einem Phenol wie z. B. 2,4-Dichlorphenol,
Aminoantipyrin und Puffer. Diese Systeme zur Bestimmung
von Substraten sind bekannt. An ihrer Stelle können
jedoch auch andere bekannte Systeme zur Bestimmung von
Substraten oder Enzymen im Rahmen des erfindungsgemäßen
Reagens verwendet werden.
Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung auch für die
Anwendung auf dem Gebiet der Schnelldiagnostika. Derar
tige Schnelldiagnostika enthalten in der Regel die
verschiedenen, für die Durchführung des Verfahrens
benötigten Reagentien entweder in einem saugfähigen
Träger imprägniert oder mit einem geeigneten Bindemittel
auf einer Trägerfolie als Überzug aufgebracht. Die
bevorzugte Ausführungsform ist hierbei der Zusatz der
Ascorbatoxidase aus Zucchini (Cucurbita pepo medullosa)
zum Gemisch der übrigen Reagentien mit nachfolgender
Imprägnation auf einem saugfähigen Träger. Auf diese
Weise werden z. B. durch Ascorbinsäure praktisch nicht
gestörte Testpapiere zum Nachweis von Glucose im Harn
(z. B. gemäß der DE-OS 23 38 932), von Blut im Harn
(z. B. gemäß der P 24 60 903-8 der DBP 22 35 152) und
von Blut im Stuhl erhalten. Daß die Ascorbatoxidase in
den Testpapieren für Blut im Harn funktionsfähig und
lagerstabil bleibt, muß als höchst überraschend angese
hen werden. Diese Testpapiere enthalten nämlich über
schüssige Mengen an organischen Hydroperoxiden, von
denen ähnlich wie von H₂O₂ eine Inaktivierung der
Ascorbatoxidase zu erwarten gewesen wäre.
Die Ascorbatoxidase kann aber auch auf einem getrennten
Träger aufgebracht werden, der mit dem Träger der
übrigen Reagentien vereinigt, beispielsweise darüberge
legt, verklebt oder gemeinsam eingesiegelt wird. Beson
ders bevorzugt als Träger für die Ascorbatoxidase wird
in diesem Falle ein sogenanntes wasserlösliches Papier
(z. B. gemäß DE-OS 24 36 598), das die Farbreaktion auf
dem Trägerpapier der anderen Reagentien besonders gut
erkennen läßt. Diese Ausführungsweise ist besonders
dann von Vorteil, wenn in der Reagentienkombination
Substanzen vorhanden sind, die mit der Ascorbatoxidase
unverträglich sind, beispielsweise stark saure Reagen
tien.
Bei den obigen Ausführungsformen werden bis zu 5000 U
Ascorbatoxidase aus Zucchini (Cucurbita pepo medullosa)
pro ml Imprägnierlösung, vorzugsweise bis 2000 U/ml
Imprägnierlösung für die Reagensherstellung eingesetzt.
Weniger als 1 U/ml werden im allgemeinen nicht den
angestrebten Effekt sicherstellen.
Weiterhin können auch getrennte Zonen des Trägermaterials
mit der Ascorbatoxidase aus Zucchini (Cucurbita pepo
medullosa) bzw. den anderen Testreagentien imprägniert
werden. In diesem Falle wird zweckmäßig der Träger mit
der zu untersuchenden Lösung derart in Berührung gebracht,
daß die Lösung zuerst mit der ascorbatoxidasehaltigen
Zone in Berührung kommt und von dort aus in die Zone
gesaugt wird, welche die übrigen Testreagentien enthält.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Ascorbat
oxidase aus Zucchini (Cucurbita pepo medullosa) nach
den bekannten Methoden der Enzymfixierung an unlöslichen
Trägern am Trägermaterial gebunden. Geeignete Methoden
sind bekannt aus
DE-OS 17 68 512,
21 28 743,
22 60 185,
22 60 184,
24 26 988,
26 03 319,
19 15 970.
Methoden, für die das erfindungsgemäße Verfahren beson
ders geeignet ist, sind die Glucosebestimmung mit
Peroxidase und Glucoseoxidase und o-Dianisidin oder
2,2′-Azino-di-3-äthylbenzthiazolinsulfonat-(6) (ABTS)
und der Nachweis von Harnsäure mittels Phenol, Aminoanti
pyrin, Peroxidase und Uricase.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung weiter.
Ascorbatoxidase bedeutet darin stets das Enzym aus
Zucchini.
Küvette 1 entspricht einer ungestörten Messung
(keine Ascorbinsäure).
Küvette 2 und 3 zeigen, daß 1 bzw. 0,1 µMol Ascorbat
den Test praktisch vollständig bzw. zu 41,5% hemmen.
Küvette 4 und 5 zeigen die vollständige Entstörung
dieser Ascorbat-Konzentrationen durch Zusatz von je
10 U Ascorbat-Oxidase.
Küvette 1 entspricht einer ungestörten Messung (kein
Ascorbat). Küvette 2 und 3 zeigen, daß 0,1 bzw.
0,01 µMol Ascorbat den Test vollständig bzw. zu 21%
hemmen.
Küvette 4 und 5 zeigen die vollständige Entstörung
dieser Ascorbat-Konzentrationen durch je 10 U Ascor
bat-Oxidase.
In 600 ml bidest. Wasser wird der Inhalt einer
Flasche 1 gelöst. Zusatz von 0,3 ml Detergenz auf
Basis Polyäthylenglykol-lauxyläther. In dunkler
Flasche bei ca. 4°C vier Wochen, bei ca. 25°C eine
Woche haltbar.
In 800 ml bidest. Wasser wird der Inhalt einer
Flasche 2 gelöst. Zusatz von 2,0 ml Detergenz auf
Basis Polyäthylenglykol-lauryläther. In dunkler
Flasche bei ca. 4°C vier Wochen, bei ca. 25°C eine
Woche haltbar.
50 mM Phosphatpuffer, pH 5,6
Ascorbat-Oxidase in den aus Fig. 2 der Zeich nung ersichtlichen Mengen.
Ascorbat-Oxidase in den aus Fig. 2 der Zeich nung ersichtlichen Mengen.
31 mM Tris/Citronensäure, pH 8,9
Uricase 0,08 U/ml
POD 0,015 U/ml
3,0 mM 2,4-Dichlorphenol, 4,0 mM 4-Aminoantipyrin
Uricase 0,08 U/ml
POD 0,015 U/ml
3,0 mM 2,4-Dichlorphenol, 4,0 mM 4-Aminoantipyrin
Zur Durchführung der Bestimmung wird das
Schlauchsystem des Automaten gemäß dem in Fig. 1
der Zeichnung dargestellten Fließschema zusammenge
stellt.
Fig. 2 der Zeichnung faßt in graphischer Darstellung
die Ergebnisse der Versuche zusammen.
Filterpapier wird mit einer Lösung folgender
Zusammensetzung getränkt und bei 50° getrocknet:
1,2 m Citratpuffer, pH 5|50,0 ml | |
9-(γ-Dimethylaminopropyl)-6-chlor-3-aminocarbazol-dihydrochlorid | 0,75 g |
Glucoseoxidase (104 U/mg) | 0,25 g |
Peroxidase (63 U/mg) | 0,05 g |
Ascorbatoxidase (100 U/mg) | 1,00 g |
Wasser | 100,0 ml |
Das Testpapier reagiert mit glucosehaltigen Urinen
mit rotorangen bis schwärzlichroten Farbtönen. Nach
einer Reaktionszeit von 2 Min. geben Urine gleichen
Glucosegehaltes mit Ascorbinsäuregehalten bis zu
150 mg/dl praktisch gleiche Reaktionsfarben.
Mit Testpapieren analoger Zusammensetzung, aber
ohne Ascorbatoxidase, sind je nach Glucosegehalt die
Reaktionsfarben bei Ascorbinsäurekonzentrationen ab
50 mg/dl abgeschwächt oder völlig unterdrückt.
Filterpapier wird nacheinander mit folgenden Lösun
gen imprägniert und bei 40° getrocknet.
Lösung 1 | |
1,2 m Citratpuffer, pH 5,25|35,0 ml | |
Äthylendiamintetraessigsäure, Dinatriumsalz | 0,1 g |
Dioctylnatriumsulfosuccinat | 0,5 g |
2,5-Dimethylhexan-2,5-dihydroperoxid (ca. 70%ig) | 1,6 g |
Phosphorsäuretrimorpholid | 12,7 g |
Ascorbatoxidase (100 U/mg) | 0,3 g |
Methanol | 30,0 ml |
Wasser | ad 100,0 ml |
Lösung 2 | |
3,3′,5,5′-Tetramethylbenzidin|0,3 g | |
Phenanthridin | 0,2 g |
Toluol/Petroläther (30 : 70) | ad 100,0 ml |
Mit diesem Testpapier kann die Anwesenheit von 5
Erythrozyten/mm³ im Harn auch in Gegenwart von 30
bis 50 mg Ascorbinsäure/100 ml nachgewiesen werden.
Mit einem Testpapier gleicher Zusammensetzung, aber
ohne Ascorbatoxidase gelingt dieser Nachweis schon in
Gegenwart von 10-20 mg Ascorbinsäure/100 ml nicht
mehr.
Wasserlösliches Papier aus Carboxymethylcellulose
(Flächengewicht 60 g/m²) wird mit einer Lösung von
20% Eisessig in Methanol zwecks Neutralisation
getränkt und getrocknet. Danach wird mit einer
wäßrigen Lösung von Ascorbatoxidase (10³ U/ml)
besprüht und gleich getrocknet.
Testpapier B wird auf Testpapier A gelegt und beide
werden zusammen zwischen einer Polyesterfolie und
einem Nylonnetz eingesiegelt. Der zu untersuchende
Urin wird auf den so hergestellten Teststreifen
aufgetropft.
Die Ergebnisse entsprechen denen von Beispiel 5
Filterpapier wird nacheinander mit folgenden Lösun
gen imprägniert und bei 40° getrocknet:
Lösung 1 | |
1,2 m Citratpuffer, pH 5,25|10 ml | |
Ascorbatoxidase 100 U/mg | 0,3 g |
Wasser | ad 100,0 ml |
Lösung 2 | |
Guajakharz|3 g | |
Toluol | ad 100,0 ml |
Die Lösung wird filtriert und nur das Filtrat zur
Imprägnierung verwendet.
Man erhält ein Testpapier, welches mit Stuhl
bestrichen wird. Wird auf die Rückseite eine 3%ige
wäßrige Lösung von Wasserstoffperoxid getropfelt, so
erhält man eine blaue Färbung, wenn der Stuhl ca. 2%
Blut enthält. Diese Färbung tritt auch bei ascorbinsäure
haltigen Stühlen (ca. 15 mg/100 g) auf, während sie in
diesen Fällen bei einem Testpapier ohne Ascorbatoxida
se ausbleibt.
Claims (10)
1. Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Substra
ten oder Enzymaktivitäten unter Anwendung einer
Redox-Reaktion als Meßreaktion in Verbindung mit
der Bestimmung von H₂O₂, wobei eine mögliche
Störreaktion durch Ascorbinsäure verhindert wird,
ausgenommen unter Verwendung des integralen analy
tischen Elements gemäß Anspruch 16 der DE-OS 25 32 918,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Anwesenheit von Ascorbatoxidase aus Zucchini
(Cucurbita pepo medullosa) gearbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß 0,002 bis 100 U Ascorbatoxidase/ml Testansatz
eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei pH-Werten zwischen 4,0 und 8,5 gearbeitet
wird.
4. Reagens zur enzymatischen Bestimmung von Substra
ten oder Enzymaktivitäten, enthaltend ein System
zur Bestimmung eines Substrats oder Enzyms mit
einer Redox-Reaktion als Meßreaktion und ein
System zur Bestimmung von H₂O₂, sowie einen Zusatz,
der verhindert, daß Ascorbinsäure als möglicher
Störfaktor auftritt, ausgenommen unter Verwendung
des integralen analytischen Elements gemäß Anspruch
16 der DE-OS 25 32 918,
dadurch gekennzeichnet,
daß es als Zusatz Ascorbatoxidase aus Zucchini
(Cucurbita pepo medullosa) enthält.
5. Verwendung des Reagens nach Anspruch 4 für die
Glucosebestimmung.
6. Verwendung des Reagens nach Anspruch 4 zur Harn
säurebestimmung.
7. Reagens nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das System zum Nachweis eines Substrats und
die Ascorbatoxidase auf einem saugfähigen Träger
material, vorzugsweise Papier, imprägniert vorlie
gen.
8. Reagens nach Anspruch 7, bestehend aus einem mit
Glucoseoxidase, Peroxidase, Ascorbatoxidase,
9-(γ-Dimethylaminopropyl)-6-chlor-3-aminocarbazol
salz und Puffer imprägnierten Trägerpapier.
9. Reagens nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ascorbatoxidase auf einem wasserlöslichen
blattförmigen Trägermaterial das System zur Bestim
mung eines Substrats auf einem wasserunlöslichen
blattförmigen, saugfähigen Trägermaterial impräg
niert vorliegt und das wasserlösliche und das
wasserunlösliche Trägermaterial aufeinandergeschich
tet sind.
10. Verwendung eines Reagens nach Anspruch 7, bestehend
aus mit Ascorbatoxidase, Guajakharz und Puffer
imprägniertem Papier zum Nachweis von okkultem
Blut durch Farbentwicklung bei Zusatz von H₂O₂.
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