Development of electrode interface for NAD + / NADH redox reaction with high efficiency equivalent to in vivo

开发NAD/NADH氧化还原反应的电极接口，其效率相当于体内

基本信息

批准号：
22K06560
负责人：
冨永昌人
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Saga University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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

项目摘要

ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（酸化体: NAD+；還元体: NADH）は、生体内で極めて重要なレドックス補酵素の一つである。医療診断用試薬の酵素反応として不可欠な生体分子のため、均一溶液中のNAD+/NADHレドックス反応はこれまで十分に解明が進んできた。一方で電極の固/液界面におけるNAD+/NADHのレドックス反応は、これまでの多大な努力にも関わらず、未だ「反応過電圧」と「二量体形成」の電極界面の非効率な反応要素の本質的解明すら全く進展していない。本研究では、固/液界面でのNAD+/NADHレドックス反応において、これまで全く着目されてこなかった「立体特性を伴った水素移動反応」の視点から電極界面反応を解析し、固/液界面レドックス反応の「反応過電圧」の要因の本質的な解明に迫る。またその知見により、準化逆なNAD+/NADHのレドックス反応を得ることができる新規電極の創成を目的としている。NADHの酸化反応は、2電子１プロトン反応である。反応完結には、1電子酸化後のラジカル中間体から2電子目の酸化反応までの活性化エネルギーが十分に小さい必要がある。この活性化エネルギーと水素付加反応との関係が、NAD+/NADH電極反応の重要なカギを握っているのではないかとの仮説に基づいて、ニコチンアミドと電極上ナノ構造部位との間での「円滑な水素移動反応」を達成できるナノレベル３Ｄ構造界面の設計によって、準化逆なNAD+/NADHのレドックス反応を得ることができる新規電極の創成を目指す。一方で、中間ラジカル体同士の二量体形成反応の抑制はそれとは別問題である。極めて反応が速いラジカル中間体同士の二量体形成反応を、適度な界面移動度をもった自発的凝集分散系自己組織化分子を用いることでラジカル中間体同士の接近を抑制して二量体化も抑制する。

烟酰胺腺苷二核苷酸（氧化形式：NAD+；还原形式：NADH）是体内极为重要的氧化还原辅酶之一。由于生物分子对于医学诊断试剂的酶反应至关重要，因此已经完全理解了同质溶液中的NAD+/NADH氧化还原反应。一方で电极の固/液界面における/液界面における/液界面におけるNAD+/NADH+/NADH+/液界面でのNAD+/NADH+/NADH+/NADH/NADH レドックス反応において、これまで全く着目されてこなかった「立体特性を伴った水素移动反応」の视点から电极界面反応を解析し、固NAD+/NADH。 NADH的氧化反应是一种两电子，单蛋白反应。为了完成反应，将一个电子氧化为第二电子的氧化反应后，从自由基中间体的活化能必须足够小。基于以下假设：活化能与氢化反应之间的关系是NAD+/NADH电极反应的重要关键，我们旨在创建一种新电极，可以通过设计纳米级3D结构界面来实现“平滑的氢气转移反应”和NENOS的NAD级结构界面，以实现NAD+/NADH的标准化，反向的氧化还原反应。另一方面，抑制中间自由基之间的二聚体形成反应是另一个问题。