Elektrochemická analýza insulinu

Bc. Miroslava Velecká

Bachelor's thesis

Electrochemical analysis of insulin

Abstract:

Tato bakalářská práce byla zaměřena na elektrochemickou analýzu inzulinu na nemodifikovaných (SPCE) i modifikovaných tištěných elek-trodách prostřednictvím uhlíkových nanovláken (CNF-SPCE) ve fyzio-logických pufrovaných prostředích (PBS, fosfát – acetát, MOPS, TRIS, pH 7,4) lišících se iontovou silou. Cílem práce bylo sledovat elektro-chemické chování inzulinu na modifikovaných a nemodifikovaných elektrodách a zaměřit se na rozdílný mechanismus inzulinových oxi-dačních procesů, snažit se odpovědět na otázku jaká forma inzulinu oxidaci podléhá, jak se do procesů zapojují disulfidické můstky, a kolik a které aminokyseliny se oxidace zúčastňují. Všechny experimenty byly realizovány pomocí metody diferenční pulzní voltametrie (DPV). Výsledky naší práce ukázaly, že za elektrochemické chování inzulinu odpovídá aminokyselina tyrozin, která se ve struktuře inzulinu vysky-tuje 4-krát, ale pouze 2 molekuly tyrozinu jsou lokalizovány na po-vrchu molekuly inzulinu, a tak přístupné elektrodě. Tento fakt byl po-tvrzen i prostřednictvím tepelných a chemických denaturací, i když zde stále zůstává spousta nedořešených otázek, které vedou k hlubšímu prozkoumání dané problematiky. Rozdílný charakter oxidačních signá-lů inzulinu získaných na nemodifikovaných a modifikovaných elektro-dových površích prokázal rozdílný mechanismus oxidačních procesů inzulinu. Zároveň se ukázalo, že oxidační chování inzulinu je závislé na složení pufrovaného prostředí a jeho iontové síle. Role disulfidických můstků spočívá ve stabilizaci nativní struktury inzulinu, což ukázaly především tepelné denaturace, kdy denaturační procesy probíhaly víc či méně ochotně v daném pufrovaném prostředí.

Abstract:

The bachelor thesis was focused on the electrochemical analysis of insulin on unmodified (SPCE) and modified screen – printed electrodes via carbon nanofibers (CNF-SPCE) in physiological buffers (PBS, phos-phate - acetate, MOPS, TRIS, pH 7.4) differing in ionic strength. The aim of the study was to monitor not only the electrochemical behavior of insulin on modified and unmodified electrodes but also focus on dif-ferent mechanisms of insulin oxidation processes. Our aim was to an-swer the question of what form of insulin is subject to oxidation, how disulfide bonds are involved and how many amino acids are involved in the oxidation process. All experiments were performed using the differential pulse voltamme-try (DPV) method. The results showed that the amino acid tyrosine is responsible for the electrochemical behavior of insulin. Tyrosine occurs 4 times in the in-sulin molecule, but only 2 of them are accessible to the electrode on the surface of the insulin molecule. This fact has also been confirmed through thermal and chemical denaturing. Although there are still many unresolved issues that lead to a deeper examination of the issue. The different character of insulin oxidation signals obtained on un-modified and modified electrode surfaces has demonstrated a differ-ent mechanism of insulin oxidation processes. At the same time, it has been shown that the oxidative behavior of insulin depends on the composition of the buffered medium and its ionic strength. The role of disulfide bonds lies in the stabilization of the native structure of insu-lin, which was shown mainly by thermal denaturation, when denatur-ing processes took place more or less willingly in a given buffered me-dium.

Keywords

inzulin, diabetes mellitus, elektrochemická oxidace inzulinu, oxidace tyrozinu, voltametrie, grafitová elektroda

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 6. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 22. 6. 2022
• Supervisor: RNDr. Mgr. Iveta Třísková, Ph.D.
• Reader: RNDr. Veronika Ostatná, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Chemistry / Biophysical Chemistry