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。

含钨甲酸脱氢酶（FoDH）是一种双向可逆催化甲酸和二氧化碳氧化还原以及NAD+和NADH氧化还原的酶。 FoDH作为生物传感器的酶功能电极具有巨大的吸引力，因为它可以实现直接电子转移酶电极反应。此外，通过将其与NAD+依赖性酶结合，有可能构建复合酶功能电极。然而，三维结构尚不清楚，酶内电子传递途径仍不清楚。因此，我们充分利用冷冻显微镜技术阐明了FoDH的三维结构。他们还阐明了酶内部的电子传递途径，并确定了可能是电极反应位点的铁硫簇。通过阐明 FoDH 的表面特性，我们获得了进一步改善酶功能电极特性的知识。我们还阐明了酶表面上的糖链对酶在电极表面上的取向的影响。具体来说，我们将开发使用去除胆红素氧化酶（BOD）表面糖链的突变BOD和键合糖链模拟物的突变BOD的酶电极，作为电化学酶功能电极的组件，它们表现出优异的性能对该反应进行了详细研究。影响酶活性的多种因素包括与重金属离子的相互作用。我们研究了通过酶电极反应显示出高氧还原活性的铜转运酶通过铜离子的共存而得到改善的原因。同样地，对由银离子引起的BOD活性的降低进行了定量评价。由于银离子会从电化学生物传感器的参比电极中洗脱出来，因此它们的影响会严重影响酶功能电极的特性。因此，我们提出了一种简单的防御方法，可以适当控制共存离子的组成，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）

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：
影响因子：
0.2
作者：
ZUSHI Kento;KITAZUMI Yuki;SOWA Keisei;KANO Kenji;SHIRAI Osamu
通讯作者：
SHIRAI Osamu

Cyanide sensitivity in direct electron transfer-type bioelectrocatalysis by membrane-bound alcohol dehydrogenase from Gluconobacter oxydans

氧化葡糖杆菌膜结合醇脱氢酶直接电子转移型生物电催化中的氰化物敏感性

DOI：
10.1016/j.bioelechem.2021.107992
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
5
作者：
Adachi Taiki;Sowa Keisei;Kitazumi Yuki;Shirai Osamu;Kano Kenji
通讯作者：
Kano Kenji

Improvement of the Direct Electron Transfer-type Bioelectrocatalysis at the Porous Gold Electrodes and its Application for Biosensing

多孔金电极直接电子转移型生物电催化的改进及其在生物传感中的应用

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuki Kitazumi; Keisei Sowa; Osamu Shirai
通讯作者：
Osamu Shirai

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：

Influence of distal glycan mimics on direct electron transfer performance for bilirubin oxidase bioelectrocatalysts

远端聚糖模拟物对胆红素氧化酶生物电催化剂直接电子转移性能的影响

DOI：
10.1016/j.bioelechem.2023.108413
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
5
作者：
Nishida Sayaka;Sumi Hinata;Noji Haruna;Itoh Akira;Kataoka Kunishige;Yamashita Satoshi;Kano Kenji;Sowa Keisei;Kitazumi Yuki;Shirai Osamu
通讯作者：
Shirai Osamu