DE2625834C3 - - Google Patents

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DE2625834C3
DE2625834C3 DE2625834A DE2625834A DE2625834C3 DE 2625834 C3 DE2625834 C3 DE 2625834C3 DE 2625834 A DE2625834 A DE 2625834A DE 2625834 A DE2625834 A DE 2625834A DE 2625834 C3 DE2625834 C3 DE 2625834C3
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Ulfert Dr.Rer.Nat. 8123 Peissenberg De Deneke
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Gerhard Dr.Rer.Nat. 8132 Tutzing De Michal
Peter Dr.Rer.Nat. 8124 Seeshaupt De Roeschlau
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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.
Beispiel 1 Bestimmung von Glucose mit o-Dianisidin, Peroxida­ se (POD) und Glucoseoxidase (GOD), gemessen im Photometer, Wellenlänge 432 nm, Meßtemperatur: 25°C
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.
Beispiel 2 Nachweis von Glucose mit 2,2′-Azino-di-[3-äthyl­ benzthiazolinsulfonat (6)] (ABTS), POD und GOD im Photometer, Wellenlänge 432 nm, Meßtemperatur: 25°C
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.
Beispiel 3 Nachweis von Harnsäure mittels Phenol, Aminoanti­ pyrin, POD und Uricase am Analysenautomaten (Auto-Analyzer) Testprinzip Herstellung der Lösungen 1 Ascorbat-Oxidase-Reagens
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.
2 Uricase-Reagens
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.
Konzentrationen der Lösungen 1
50 mM Phosphatpuffer, pH 5,6
Ascorbat-Oxidase in den aus Fig. 2 der Zeich­ nung ersichtlichen Mengen.
2
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
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.
Beispiel 4 Testpapier zum Nachweis von Glucose im Harn
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.
Beispiel 5 Testpapier zum Nachweis von Blut im Harn
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.
Beispiel 6 Testpapier A Testpapier wie Beispiel 5 ohne Ascorbatoxidase Testpapier B
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
Beispiel 7 Testpapier zum Nachweis von Blut im Stuhl
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.
DE2625834A 1976-06-09 1976-06-09 Verfahren zur Bestimmung von Substraten oder Enzymaktivitäten Granted DE2625834B2 (de)

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