多孔質構造の制御を基盤とする拡散律速型バイオセンシング

基于多孔结构控制的扩散限制生物传感

基本信息

批准号：
21H01961
负责人：
北隅優希
金额：
$ 10.4万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

タングステン含有ギ酸脱水素酵素(FoDH)はギ酸と二酸化炭素の酸化還元およびNAD+とNADHの酸化還元を両方向かつ可逆に触媒する酵素である。FoDHは直接電子移動型の酵素電極反応を実現できることからバイオセンサー用の酵素機能電極として大きな魅力を持つ。さらにNAD+依存型酵素と組み合わせることで複合型の酵素機能電極を構築できる可能性がある。しかしながら立体構造がわからず、酵素内電子伝達経路も不明なままであった。そこで、クライオ顕微鏡技術を駆使することでFoDHの立体構造を解明した。また、酵素内部の電子伝達経路を明らかにし、電極反応部位であろう鉄硫黄クラスターを同定した。そして、FoDHの表面特性を明らかにすることで酵素機能電極の特性をさらに向上させるための知見を得た。また、酵素表面の糖鎖が酵素の電極表面における配向に及ぼす影響を明らかにした。具体的には電気化学バイオセンサーにおける酵素機能電極の構成要素として優れた特性を示すビリルビンオキシダーゼ(BOD)表面の糖鎖を除去した変異型BODおよび糖鎖ミミックを結合させた変異型BODについて酵素電極反応を詳細に検討した。酵素活性に及ぼす様々な要因として重金属イオンとの相互作用が挙げられる。酵素電極反応による酸素還元に高い活性を示す銅輸送酵素が銅イオンの共存によって向上する原因を究明した。また、同様に銀イオンによるBODの活性低下についての定量的な評価を行った。銀イオンは、電気化学バイオセンサーにおける参照電極からの溶出物であるため、その影響による酵素機能電極の特性透過は深刻である。そこで共存させるイオン組成を適切に制御するという簡便な防御方法を提案し有効性を証明した。

含钨的甲酸甲酸盐脱氢酶（FODH）是一种酶，可在甲酸甲酸酯和二氧化碳的氧化还原以及NAD+和NADH的氧化还原中催化和可逆。 FODH作为生物传感器的酶功能电极具有极大的吸引力，因为它可以直接实施电子转移酶电极反应。此外，可以通过将它们与NAD+依赖性酶相结合来构建复合酶功能电极。但是，三维结构尚不清楚，并且酶电子转移中的途径也未知。因此，我们通过使用冷冻微镜技术阐明了FODH的三维结构。此外，揭示了酶内部的电子传输途径，并鉴定出可能是电极反应位点的铁硫簇。此外，通过阐明FODH的表面特性，我们获得了知识，以进一步改善酶 - 功能电极的特性。此外，阐明了聚糖对酶表面对电极表面酶方向的影响。具体而言，详细检查了突变体BOD的酶电极反应，该突变体已从胆红素氧化酶（BOD）表面上的聚糖中去除，该酶的特性表现出极好的特性，作为电化学生物传感器中的酶功能电极的成分，以及已绑定到果糖MIMIC的突变体BOD。影响酶活性的各种因素包括与重金属离子的相互作用。我们研究了铜转运酶的原因，铜转运酶通过酶电反应表现出较高的氧气活性，从而改善了铜离子的共存。同样，对银离子引起的BOD活性的减少进行了定量评估。银离子是电化学生物传感器中的参考电极中的洗脱酸，并且由于其作用而导致酶功能电极的特征渗透是严重的。因此，我们提出了一种简单的防御方法，该方法适当地控制了与共存并存的离子组成，并证明了其有效性。

项目成果

期刊论文数量（15）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

CO2資源化酵素の電子移動メカニズムを解明

阐明CO2资源回收酶的电子转移机制

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Kinetic Analysis of Oxygen Dissolution by Bubble-attaching Electrodes

气泡附着电极氧气溶解的动力学分析

DOI：
10.2116/bunsekikagaku.70.551
发表时间：
2021
期刊：
BUNSEKI KAGAKU
影响因子：
0.2
作者：
ZUSHI Kento;KITAZUMI Yuki;SOWA Keisei;KANO Kenji;SHIRAI Osamu
通讯作者：
SHIRAI Osamu

Multiple electron transfer pathways of tungsten-containing formate dehydrogenase in direct electron transfer-type bioelectrocatalysis

直接电子传递型生物电催化中含钨甲酸脱氢酶的多电子传递途径

DOI：
10.1039/d2cc01541b
发表时间：
2022
期刊：
CHEMICAL COMMUNICATIONS
影响因子：
4.9
作者：
Yoshikawa;T; Makino;F; Miyata;T; Suzuki;Y; Tanaka;H; Namba;K; Kano;K; Sowa;K; Kitazumi;Y; Shirai;O
通讯作者：
O

直接電子移動型酵素電極反応のpH応答に関する速度論的検討

直接电子转移酶电极反应pH响应的动力学研究