Кислородные электроды представляют собой электрохимические датчики, используемые для количественного определения растворённого кислорода в жидкости. Основой их работы является восстановление молекулярного кислорода на катоде с последующей фиксацией возникающего электрического тока. Типичная конструкция включает катод из платины или золота, анод из серебра или хлорсеребра, а также полупроницаемую мембрану, предотвращающую прямой контакт электролита с анализируемой средой.
Ключевым моментом является зависимость величины электрического тока от концентрации кислорода в растворе. Это делает кислородные электроды идеальным инструментом для мониторинга процессов, сопровождающихся потреблением или образованием кислорода, таких как каталитическая активность оксидаз.
Оксидазы представляют собой ферменты, катализирующие реакции окисления субстратов с участием молекулярного кислорода. Примеры включают аминооксидазы, глутаматоксидазу и оксидазу цитохрома. В реакциях, катализируемых этими ферментами, кислород выступает в роли конечного акцептора электронов, превращаясь в воду или перекись водорода.
Использование кислородного электрода позволяет напрямую измерять скорость расхода кислорода, что даёт количественную оценку активности фермента. Для этого раствор с субстратом и ферментом помещают в кювету, к которой подключён кислородный электрод. Изменение электрического сигнала во времени отражает кинетику ферментативной реакции.
Измерение потребления кислорода позволяет определять основные кинетические параметры ферментов, такие как максимальная скорость реакции (V_max) и константа Михаэлиса (K_m). Изменение концентрации субстрата и соответствующее изменение скорости кислородопотребления позволяют строить классические графики Михаэлиса–Ментен.
Для ферментов, продуцирующих перекись водорода, возможно использование модифицированных методик с пероксидазной обработкой или селективными мембранами, чтобы избежать интерференции с прямым восстановлением кислорода на катоде.
Современные кислородные электроды делятся на два типа: плуктометрические и полярографические. Полярографические электроды обеспечивают непрерывное измерение тока, пропорционального концентрации кислорода. Плуктометрические устройства измеряют концентрацию кислорода через периодический контакт электродов с раствором.
Основные ограничения включают:
Кислородные электроды широко используются для:
С их помощью возможно получение точных количественных данных, которые не могут быть получены оптическими методами при высоких скоростях реакции или при малых концентрациях кислорода.
Для корректного анализа активности оксидаз следует учитывать:
Использование кислородных электродов обеспечивает интеграцию биохимического анализа с электрохимическими методами, позволяя получать детальные сведения о механизмах действия оксидаз на молекулярном уровне.