Masarykova universita, přednáška F9402

                                   Zimní a letní semestr 2014-15


                                       BIOELEKTROCHEMIE 1,2

                             Přednášející: RNDr.František Jelen, CSc.

1. Redukce a oxidace biomolekul, faradayické děje, elektrodová kinetika.

    1.1. Rychlost přenosu elektronu, reverzibilita a ireverzibilita.

    1.2.  Transport hmoty v elektrochemické nádobce.

       a) difuze

       b) konvekce

       c) migrace

    1.3 Mechanismy elektrodových reakcí

    1.4. Nukleové kyseliny

    1.5. Bílkoviny

2. Elektrochemická měření.

    2.1.   Nádobky a elektrody

a)       voltametrická nádobka

b)       pracovní elektrody

                       pevné    kovové  - zlato,  platina, stříbro

                                    uhlíkové – pastové,  vlákna, tuha, PG, HOPG

                                     kapalné - rtuťové  -  DME, HMDE

                          filmové elektrody

            c) referentní elektrody

            d) srovnávací elektroda

            e) polarizační křivka

    2.2.   Elektrochemické metody.

a)       potenciometrické

b)       elektrolytické

            polarografie (hydrodynamická voltametrie)

            voltametrické metody

                           cyklická voltametrie

                           pulzní voltametrie - normální

                                                                 - derivační

                                 pravoúhlá voltametrie

                                 rozpouštěcí voltametrie - anodická

                                                                        - katodická

        c) amperometrické metody

        d) Princip a.c. polarografie a impedančních měření.

        e) Měření elektrokapilární křivky.

3. Elektrické vlastnosti nukleových kyselin.

    3.1. Elektrony sigma a pí, delokalizace.

    3.2. Elektronová polarisovatelnost, dipólový moment.

    3.3. Molekulový elektrostatický potenciál.

    3.4. Interakce DNA s ionty  (protonisace, pK, kovové ionty,  iontová atmosféra, elektrostatické
stínění, vliv  neutrálních solí na stabilitu DNA)

    3.5. Polarizace a relaxace iontové atmosféry.

    3.6. Orientace biopolymerů v elektrickém poli.

    3.7. Konformační změny biopolymerů vyvolané elektrickým  polem.

    3.8. Interakce biopolymerů s elektrickým polem elektrody.

4.  Adsorpce biomolekul na elektrodách.

     4.1. Elektrokapilarní křivka, potenciál EKM.

     4.2. Elektrodová dvojvrstva, struktura, elektrické schema, elektrické  pole elektrody.

     4.3. Vliv adsorpce na elektrokapilární křivky a na kapacitu elektrodové dvojvrstvy, adsorpční
isothermy..

     4.4. Kinetika dvojrozměrné kondenzace, Avramiho vztah.

     4.5. Adsorpční vlastnosti nukleových kyselin a jejich složek, tensametrické děje.

     4.6. Vliv elektrického pole elektrody na konformaci nukleových kyselin

Literatura :

Přehledné články a monografie:



C. M. A. Brett and A. M. O. Brett, Electrochemistry, Principles, Methods, and Applications.Oxford,
1993

R. G. Compton and C. E. Banks, Understanding voltammetry, Oxford, 2007.


E. Paleček and F. Jelen:   Electrochemistry of Nucleic Acids. In: Palecek E, Scheller F, Wang J,
editors. Electrochemistry of Nucleic Acids and Proteins: Towards Electrochemical Sensors for
Genomics and Proteomics, 2005: 73-173.


E. Paleček, M. Fojta M and F. Jelen : New approaches in the development of DNA sensors:
hybridization and electrochemical detection of DNA and RNA at two different surfaces.
Bioelectrochemistry 2002; 56:85-90.


E. Paleček, F. Jelen: Electrochemistry of nucleic acids and development of DNA sensors. Critical
Reviews in Analytical Chemistry 2002; 32:261-270.


J. Kůta and E. Paleček: Modern Polarographic (Voltammetric) Techniques in Biochemistry and
Molecular Biology, Part I and II, in "Topics in Bioelectrochemistry and Bioenergetics", Edit. G.
Milazzo, Vol.5, p.1 - 155, John Wiley, 1983.

 V. Brabec, V. Kleinwächter and V. Vetterl: Structure, chemical reactivity and electromagnetic
properties of nucleic acids., Bioelectrochemistry: Principles and Practice  (Editor in Chief
G.Milazzo), Vol.5:  Bioelectrochemistry of Biomacromolecules (Editors  G. Lenaz and G. Milazzo),
Chapter 1., Birghäuser  Verlag, Basel,1997, p.1-104.

 E. Paleček, M. Fojta, F. Jelen and V. Vetterl : Electrochemical analysis of nucleic acids., in

Encyclopedia of Electrochemistry (Editors in Chief Allen J.Bard and Martin Stratman),

Vol.9.Bioelectrochemistry (Editor George S.Wilson), Chapter 13, Wiley-VCH Verlag, Weinheim,

2002, p.365 – 430.


V. Vetterl and S. Hasoň : Electrochemical properties of nucleic acid components, in Perspectives

in Bioanalysis (editors E.Palecek, F.Scheller and J.Wang), Vol.1., Chapter 2, Elsevier Ltd., London

2005, p. 18 - 69.


Publikace v odborných časopisech:


F. Jelen, B. Yosypchuk, A. Kouřilová, L. Novotný and E. Paleček: Label-free determination of
picogram quantities of DNA by stripping voltammetry with solid copper amalgam or mercury electrodes
in the presence of copper. Analytical Chemistry 2002, 74:4788-4793


F. Jelen F, A. Erdem A and E. Paleček: Cyclic voltammetry of echinomycin and its interaction with
double-stranded and single-stranded DNA adsorbed at the electrode. Bioelectrochemistry 2002;
55:165-167

 S. Hasoň, F. Jelen, L. Fojt and V. Vetterl: Determination of picogram quantities of

oligodeoxynucleotides by stripping voltammetry at mercury modified graphite electrode surfaces.

Journal of Electroanalytical Chemistry, 2005, 577: 263-272.


 S. Hasoň, J. Dvořák, F. Jelen and V. Vetterl: Impedance analysis of DNA and DNA-drug interactions
on thin mercury film electrodes, Crit. Rev. Anal. Chem. 2002, 32:167-169