タンパク結晶の酸化還元反応に対する直接的電気化学検出法の開発

蛋白质晶体氧化还原反应直接电化学检测方法的发展

• 批准号: 18750149
• 负责人: 小谷松 大祐
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18750149/
• 关键词: タンパク結晶; 電気化学測定; 酸化還元挙動; 微小電極; 電子メディエータ; グルコースオキシダーゼ; マビシアニン; CuNiR

タンパク質の構造を同定するための有力な手法の一つにX線結晶構造解析があるが,そのためにはタンパクを結晶化するための技術が必要不可欠となる.結晶化されたレドックス活性なタンパクを電気化学者の立場でみると,タンパク分子が高い配向性をもって極めて高密度に集合したデバイスであると言える.そこで,結晶化タンパクの酸化還元挙動を電気化学的に直接計測する手法を確立することができれば,極めて優れた特性を持つタンパクデバイスを作成するための足がかりになると考えられる.本研究では0.1〜1mm程度のレドックス活性タンパク結晶に適合したサイズの微小電極を作成し,電位を印加した際の酸化還元に伴う電流を観測した.その結果,血糖計などに広く用いられているグルコースオキシダーゼの結晶中に微小電極を接触させ,基質であるグルコースと電子メディエータのフェロセンメタノールを加えるとこれらが結晶内に拡散していき,タンパクが結晶状態を保った状態のままで酸化還元応答を示すことが確認された。また,電子移動タンパクの一種であるマビシアニンを用いて測定を行ったところ,分子が非常に高密度・高配向であるため,溶液中では不可能なマビシアニン-電極間の直接電子移動を観測することに成功した.さらに,銅タンパクの一種であるCuNiRに対して2-メチル-1,4-ベンゾキノンを電子メディエータに用いて電気化学・顕微分光の同時測定を行ったところ,電気化学的な酸化還元に伴って結晶の光吸収スペクトルが変化することが確かめられた.

X 射线晶体学是鉴定蛋白质结构的有效方法之一，但从电化学家的角度来看，蛋白质结晶技术至关重要。可以说，它是一种蛋白质颗粒以极高密度和高度定向组装的装置，因此，如果能够建立一种直接电化学测量结晶蛋白质氧化还原行为的方法，那将是可能的。创造出具有极其优异性能的蛋白质装置。在这项研究中，我们制作了一种尺寸适合氧化还原活性蛋白质晶体的约0.1至1毫米的微电极，并观察了当施加电位时与氧化还原相关的电流。当使微电极与氧化酶晶体接触并添加作为底物的葡萄糖和作为电子介体的二茂铁甲醇时，这些物质扩散到晶体中，并且蛋白质在保持其结晶状态的同时表现出氧化还原反应。此外，当我们使用 mavicyanin（一种电子转移蛋白）进行测量时，我们能够观察到 mavicyanin 和电极之间的直接电子转移，这在溶液中是不可能的，因为分子非常致密且高度定向。铜蛋白当我们使用2-甲基-1,4-苯醌作为电子介体对一种CuNiR同时进行电化学和显微光谱测量时，我们发现晶体的光吸收光谱由于电化学氧化还原而发生变化。是一个改变。