触媒機能界面を用いた生体分子の電子移動制御と生物電気化学触媒反応への応用

利用催化功能界面控制生物分子中的电子转移及其在生物电化学催化反应中的应用

基本信息

批准号：
07242259
负责人：
谷口功
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kumamoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は,金属タンパク質の電子移動に有効な触媒機能電極の精密な設計と、生体分子機能修飾電極を応用した新しい生物触媒電気化学反応系の展開を目的として研究を進め、以下の研究成果を得た。1)酸化インジュウム電極上にポリペプチドを適量非可逆吸着させる方法や正電荷を有するアミノ基を末端に持つ分子を化学的に単分子層導入固定化して得た修飾電極は、熱安定性に優れたクロレラフェレドキシンのほか種々の起源のフェレドキシンやそのアミノ酸の一部改変体などに広く有効であった.また高い親水性表面を有するIn_2O_3電極を用いることでミオグロビンの速い電子移動反応を実現するとともに、シアノミオグロビン、Mn置換ミオグロビンおよびモノアザヘム置換にミオグロビンの電極反応の検討から、ミオグロビンの電極反応にはヘム鉄の第6配位子座の水分子が重要な役割を果たしていることを示した。2)金属タンパク質を用いた触媒反応系の構築を目的とし、フェレドキシン-NADP^+還元酵素を用いてフェレドキシンを電子伝達媒体としたNADP^+からNADPHへの変換が制御できた。さらに、NADPHを補酵素とする酵素反応を組み合わせて、例えば、リンゴ酸酵素を用いた酵素反応系が駆動することを実証した.また,亜鉛ポルフィリンを用いた光電気化学反応でフェレドシンの電子移動を制御して、簡単な人工光合成系が構築した.3)NADHやNADPHののための機能触媒電極を作製した。すなわち、メルドラブルーを電極表面に吸着固定化して得た触媒修飾電極は未修飾電極に比べて,0.7V以上も陰電位側でNADHやNADPHの明瞭な触媒酸化電流が認められ、0-3mM程度のNADHの検出のための電気化学センサとして機能した。この触媒電極とフローシステムと組み合わせて簡単なフローインジェクション型のNADHおよびNADPHのセンシング装置も組み立てた.

今年，我们进行了研究，旨在精确设计对金属蛋白质中的电子转移有效的催化功能电极，并开发应用生物分子功能修饰电极的新型生物催化电化学反应系统，并获得了以下研究成果。 1)通过在氧化铟电极上不可逆地吸附适量的多肽或通过化学引入并固定末端带正电的氨基的分子的单分子层而获得的修饰电极除了小球藻铁氧化还原蛋白之外还具有优异的热稳定性。对各种来源的铁氧还蛋白及其氨基酸的一些修饰形式广泛有效。除了利用具有磁性表面的In_2O_3电极实现肌红蛋白的快速电子转移反应外，我们还研究了氰基红蛋白、锰取代肌红蛋白和单氮杂血红素取代肌红蛋白的电极反应，结果表明配体中存在水分子。位点发挥重要作用。 2）为了使用金属蛋白构建催化反应系统，我们能够使用铁氧还蛋白-NADP^+还原酶，使用铁氧还蛋白作为电子传递介质来控制NADP^+向NADPH的转化。此外，通过组合使用NADPH作为辅酶的酶反应，我们证明了可以驱动使用苹果酸酶的酶反应系统。我们还证明了通过使用锌卟啉的光电化学反应实现了铁氧红素的电子转移。在此控制下构建了人工光合作用系统。3)制作了NADH和NADPH的功能催化电极。换句话说，在通过将Meldora Blue吸附并固定在电极表面上而获得的催化剂修饰电极中，与未修饰电极相比，在负电位侧观察到明显的NADH和NADPH的催化氧化电流0.7V以上。在一定程度上作为电化学传感器检测NADH。我们还通过结合该催化剂电极和流动系统组装了一个简单的流动注射型 NADH 和 NADPH 传感装置。