Dissertação
Biossensor amperométrico à base de tirosinase aplicado na determinação de compostos orgânicos em amostras ambientais
Amperometric biosensor based on tyrosinase applied for the indirect determination of traces of pesticides
Registro en:
FERREIRA, Lucas Franco. Amperometric biosensor based on tyrosinase applied for the
indirect determination of traces of pesticides. 2005. 88 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2005.
Autor
Ferreira, Lucas Franco
Institución
Resumen
An amperometric biosensor based on tyrosinase enzyme was developed and
investigated for monitoring of Parathion Methyl, Carbaryl, Carbofuran and Diazinon. The
enzyme was immobilized on a cobalt (II) phtalocyanine modified graphite composite
electrode (CoPc-GCE) by cross-linking with glutaraldehyde and bovine serum albumin.
Several parameters which affect the response of tyrosinase biosensor referring to catechol
as substrate were examined.
The response of the CoPc-GE towards the catechol was investigated in terms of the
detection limit (LOD), response stability and electrode fouling by the of polymeric
oxidation products. These parameters were compared with the ones obtained with an
unmodified carbon paste electrode (CPE) and a cobalt (II) phtalocyanine modified carbon
paste electrode (CoPc-CPE). The CoPc-GCE exhibited the highest LOD to catechol, 1.0 x
10-6 mol L-1. Additionally, this electrode exhibited a stable baseline and a time-independent
current intensity. The intensity of the current was approximately unchanged for 65 catechol
measurements against 2-3 measurements reported to the others electrodes.
Various experimental parameters were explored for optimum analytical
performance of the biosensor. The catechol was determined by the direct reduction of
biocatalytically liberated o-quinone at 0.20 V vs Ag/AgCl (3.0 mol L-1 KCl). The results
showed that highest amperometric responses were found in 0.05 mol L-1 phosphate buffer
with 0.1 mol L-1 KCl, and pH 6.50. The linear range for the reported biosensor was 5.0 x
10-5 a 1.0 x 10-3 mol L-1 for catechol. The sensitivity was ca. 1.6 x 10-5 μA mol -1 L.
The immobilized enzyme yields specific activities to catechol higher than that of
free enzyme. The apparent Michaelis-Menten constant (KM
app) value of immobilized
enzyme was 1.7 mM while that of soluble enzyme was 2.3 mM.
Inhibition studies were carried out by using Methyl Parathion, Diazinon, Carbaryl
and Carbofuran, respectively. The decrease of the rate of reduction in the current due to
produced o-quinone was used for evaluation. All four compounds showed a linear
dependence between the concentration and the relative inhibition. Recovery studies
employing the best conditions were carried out by using water samples spiked with the
inhibitors at levels of 30 ppb, respectively. The recoveries ranged between 93 % and 99 %
with coefficients of variation of 1.01 2.09 %. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Mestre em Química Um biossensor amperométrico baseado na enzima tirosinase foi desenvolvido e
investigado para o monitoramento dos agrotóxicos Metil Paration, Carbaril, Carbofuran e
Diazinon. A enzima foi imobilizada sobre um eletrodo compósito de grafite modificado
com ftalocianina de cobalto (II) (ECG-FtCo) por cross-linking com glutaraldeído e
albumina de soro bovino. Vários parâmetros que afetam a resposta do biossensor tirosinase
para o catecol como substrato foram estudados.
A resposta do ECG-FtCo para o catecol foi investigada em termos do limite de
detecção (LD), estabilidade e passivação do eletrodo pelos produtos poliméricos. Esses
parâmetros foram comparados com aqueles obtidos com o eletrodo de pasta de carbono
não modificado (EPC) e o eletrodo de pasta de carbono modificado com ftalocianina de
cobalto (II) (EPC-FtCo). O ECG-FtCo apresentou o maior LD para catecol, 1,0 x 10-6 mol
L-1. Além disso, este eletrodo apresentou a corrente residual voltamétrica baixa e mais
estável com uma intensidade de corrente independente do tempo. A corrente residual
voltamétrica manteve-se aproximadamente inalterada por 65 medidas de catecol contra
duas a três medidas realizadas com outros eletrodos.
Vários parâmetros experimentais foram explorados para avaliar a melhor
performance analítica do biossensor. O catecol foi determinado pela redução direta da oquinona
produzida enzimaticamente à -0,20 V vs Ag/AgCl (KCl 3,0 mol L-1). Os
resultados mostraram que as maiores respostas amperométricas eram encontradas em
tampão fosfato 0,05 mol L-1 contendo KCl 0,1 mol L-1, pH 6,50. A faixa linear de resposta
para o biossensor foi de 5,0 x 10-5 a 1,0 x 10-3 mol L-1 para o catecol. A sensibilidade para
catecol foi ao redor de 1,6 x 10-5 μA mol -1 L.
A enzima imobilizada apresentou atividade especifica ao catecol maior do que a
apresentada pela enzima livre. A constante aparente de Michaelis-Menten (KM
app) da
enzima imobilizada foi 1,7 mM enquanto para a enzima livre foi 2,3 mM. Estudos de
inibição foram realizados utilizando-se Metil Paration, Diazinon, Carbaril e Carbofuran,
respectivamente. Nesse estudo, foi usada a diminuição da taxa da corrente de redução
devido a o-quinona produzida para quantificar os pesticidas indiretamente. Todos os
compostos mostraram uma dependência linear entre a concentração e a inibição relativa.
Estudos de recuperação empregando as melhores condições foram realizados utilizando-se
amostras de água fortificadas com os inibidores em níveis de 30 ppb, respectivamente. As
recuperações variaram entre 93 % e 99 % com coeficientes de variação de 1,01 a 2,09 %.