Direct electron transfer reaction established by fungal redox proteins

真菌氧化还原蛋白建立的直接电子转移反应

• 批准号: 22K14826
• 负责人: 武田 康太
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14826/
• 关键词: 酸化還元タンパク質; 酵素電極反応; 直接電子移動; ピロロキノリンキノン; ヘム; プロトン共役電子移動; 酸化還元酵素; 酸化還元タンパク質; 酵素電極反応; 直接電子移動; ピロロキノリンキノン; ヘム; プロトン共役電子移動; 酸化還元酵素

酵素による触媒反応と電極での電気化学反応を共役させた反応を酵素電極反応といい、電気化学的なバイオセンサーや物質変換、バイオ燃料電池の基盤となる。酵素と電極間で直接的な電子の授受が起こる直接電子移動反応(DET)は非常にシンプルな反応系となるのが利点である。しかし、酵素の立体構造に大きく依存することから、DETが可能な酸化還元酵素の種類は全体のごく一部に限られているのが課題となっている。そこで研究代表者は、優れたDET反応を示す糸状菌由来のピロロキノリンキノン(PQQ)、フラビン(FAD)、ヘムなどを活性中心に有する酸化還元酵素に注目し、これらの酸化還元タンパク質の性質を明らかとし、それを利用した直接電子移動反応系の設計手法と酵素電極の開発を目的としている。本年度は、糸状菌のPQQ依存性ピラノース脱水素酵素とFAD依存性セロビオース脱水素酵素を対象に、DET反応系の構築とそれを基にした酵素の解析、変異導入が与える電子移動反応への影響を調べた。まずは、ピラノース脱水素酵素の触媒ドメインのみを用いて、酵素活性中心のPQQの酸化還元反応について解析した。DET法により酸化還元電位を測定し、電位のpH依存性の詳細について明らかにした。その結果、酵素内PQQのセキミノンの生成定数が明らかとなり、水溶液中のフリーのPQQに比べてセキミノンが安定化されていることがわかった。さらにPQQのキノン部位のpKaを決定し、プロトン共役電子移動に関する知見を得た。セロビオース脱水素酵素について、電極への固定化方法を検討し、DET型酵素電極反応を確立した。さらにシトクロムドメインの変異体を作製し、ヘムプロピオン酸近傍への変異導入によりヘムの酸化還元電位をコントロールできることがわかった。

酶催化反应和电极处的电化学反应的反应称为酶电极反应，并作为电化学生物传感器，材料转化和生物燃料细胞的基础。直接在酶和电极之间直接发生电子转移的直接电子传递反应（DET）的优点在于它是一个非常简单的反应系统。但是，由于它在很大程度上取决于酶的三维结构，因此问题是可以检测到的氧化还原酶的类型仅限于总数的一小部分。因此，主要研究者的重点是具有活性中心的氧化还原酶，这些氧化还原酶（PQQ）（PQQ），黄素（FAD），血红素等源自丝状真菌，这些真菌表现出极好的检测反应，并揭示了这些氧化导剂蛋白的特性，这些氧化导剂蛋白和这些方法的特性揭示了这些方法，这些反应是通过这些方法来开发的。酶电极。今年，我们研究了DET反应系统的构建，基于IT的酶的分析以及诱变对已受到PQQ依赖性吡喃糖脱氢酶和FAD依赖性的纤维二糖脱氢酶的电子转移反应的影响。首先，我们仅使用吡喃糖脱氢酶的催化结构域PQQ（一种酶激活中心）的氧化还原反应。通过DET方法测量了氧化 - 雷克斯电位，并阐明了电势的pH依赖性细节。结果，揭示了Sekiminon在PQQ中的生产常数，发现Sekiminon与水溶液中的游离PQQ相比被稳定。此外，确定了PQQ的喹酮位点的PKA，并获得了有关质子偶联电子转移的知识。研究了固定纤维酶脱氢酶在电极上的方法，并建立了DET型酶电极反应。此外，发现生成了细胞色素结构域的突变体，并且可以控制血红素丙酸附近的诱变剂以控制血红素的氧化 - 雷克斯电位。