Biosenzor pro detekci herbicidů na bázi izolovaného fotosystému II (PSII)

Magda FORMANOVÁ

Master's thesis

Biosensor for herbicides detection based on isolated photosystem II

Abstract:

Práce pojednává o biosenzoru pro detekci herbicidů založeném na izolovaném fotosystému II. Princip detekce tkví ve znalosti procesu fotosyntézy a faktu, že používaný herbicid diuron blokuje vazné místo elektronového mediátoru na fotosystému II. Fotosystém II byl extrahován z termofilní sinice Synechococcus elongatus a imobilizován dvěma různými technikami (zesítěním pomocí glutaraldehydu, zachycením v polymeru pomocí DGS) na tištěnou elektrodu. Měření probíhalo za pomoci MFS systému, kde byla pracovní elektroda s imobilizovaným fotosystémem omývána roztokem skládajícím se z pufru, umělého mediátoru a různých koncentrací herbicidu a osvětlována LED diodou. Záblesky LED diody simulují kvantum záření dopadající na rostliny v přírodě. Po záblesku je emitován z reakčního centra fotosystému II elektron, který je umělým elektronovým mediátorem přenesen na pracovní elektrodu, kde změní napětí. Změna je zaznamenána. Na základě výsledků numerického modelu byly pro imobilizaci fotosystému použity tzv. tenké imobilizační membrány. Experimenty potvrdily výsledky modelu: díky použití tenkých membrán (namísto dřívějších silných) je biosenzor citlivější, spolehlivější, dojde ke zkrácení doby měření a je možné použít novou vyhodnocovací metodu. Tyto závěry byly taktéž potvrzeny nad rámec učiněným experimentem s koncentrační řadou mediátoru durochinonu. Po srovnání výsledků získaných oběma imobilizačními technikami se jako citlivější jeví biosenzor připravený metodou zesítění pomocí glutaraldehydu.

Abstract:

This Thesis deals with the biosensor for herbicide detection based on isolated photosystem II. The principle of the detection is based on the knowledge of the photosynthesis process and of the fact that herbicide diuron blocks the binding site of the electron mediator on photosystem II and by this way it disturbs the entire photosynthesis process. Photosystem II was extracted from thermophilous cyanobacterium Synechococcus elongatus and it was immobilised by two methods (cross-link by glutaraldehyde, entrapment by diglyceryl silane) on a screen printed electrode. Measurements were made using MFS system, where the working electrode was washed by a solution of buffer, synthetic electron mediator and various concentrations of herbicide, and it was lighted by a LED diode. LED diode flashes simulate irradiation of plants in nature. After the flash, an electron is emitted from the reaction centre II. This electron is transferred by the synthetic electron mediator to the working electrode, where it changes tension. The change is recorded. On the basis of the results of a numerical model, ``thin immobilization membranes'q were used for immobilization of photosystem II. Practical experiments have confirmed the results of the numerical model: thanks to using thin membranes (instead of previously used thick ones) the biosensor is more sensitive, more reliable, the measurement takes shorter time, and there is a possibility to use new evaluation method. These conclusions have been also confirmed by experiments with concentration range of mediator duroquinone made over frame. After the comparison of inhibitory curves, the biosensor prepared by the way of cross-link using glutaraldehyde appears to be more sensitive than the one prepared by entrapment by diglyceryl silane.

Keywords

biosenzor, herbicid, fotosystém II, tenké imobilizačbí membrány

Keywords

biosensor, herbicide, photosystem II, thin immobilization membranes

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 3. 2009

Thesis defence

• Date of defence: 30. 4. 2009
• Supervisor: Mgr. Malý Jan

University Jana Evangelisty Purkyně

Pedagogická fakulta

Master programme:
Department of Biology