Redox incuced Metal Transfer Reaction of Metalloproteins
氧化还原引起金属蛋白的金属转移反应
基本信息
- 批准号:6359162
- 负责人:
- 金额:$ 13.59万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2001
- 资助国家:美国
- 起止时间:2001-08-01 至 2006-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:atomic force microscopy chemical group computer data analysis conformation electrochemistry electrodes electron transport metalloproteins metallothionein molecular film oxidation reduction reaction protein transport scanning electron microscopy scanning tunneling microscopy surface coating surface plasmon resonance surface property
项目摘要
In the proposed study, various analytical and surface analysis techniques will be employed to characterize and study redox-active proteins immobilized onto metal surfaces. Particular emphasis will be placed on the electrochemical studies of metallothioneins (MTs) and the metal transfer processes accompanying with their electrochemical redox reactions. Metal/electrode surfaces will be modified in such a way that facile electron transfer (ET) reactions are facilitated without significantly altering the stable or physiologically relevant protein structures. A few useful compounds have been identified for electrode modification. Several important parameters that are related to the biological functions of MTs will be determined. These parameters include the redox potential of MT, the number of electroactive groups per MT molecule, and the heterogeneous ET rate constant. Another focus of this proposal will be on the quantification of metals released by surface-confined MT molecules upon electrochemical redox reactions. The general strategy for the proposed work is to verify an existing methodology or to establish a new procedure through the study of a model protein (e.g., cytochrome c for the redox potential measurement and for the study of heterogeneous ET and ferredoxin III for the redox- induced metal transfer). The specific plan will include the application of the following techniques: (1) Using atomic force microscopy and scanning tunneling microscopy to probe the surface coverage and orientation of immobilized MT molecules; (2) Quantifying the amount of protein attachment with quartz crystal microbalance; (3) Studying the redox properties of MT using voltammetrically based techniques (e.g., mediated thin-layer voltammetry and scanning electrochemical microscopy); (4) Examining possible structural changes associated with the MT redox reactions with electrochemical surface plasmon spectroscopy; and (5) Investigating the metal-transfer processes induced (modulated) by the redox reactions of immobilized MT molecules using electrochemistry combined on-line with atomic spectroscopic techniques. The systematic study based on our mufti-technique approach should provide new insight to the understanding of the intricate relationship between the MT redox reaction and the subsequent metal transfer in a cellular milieu. The accurate measurement of the MT redox potential will help elucidate the role of certain biological redox couples (e.g., glutathione) in the MT metal transfer process, whereas the quantification of redox-active groups and metals can allow us to determine the number of redox-active groups accessible for redox reactions and the labile metals for metal transfer in a MT molecule. Finally, we hope to probe the surface configuration and structure of the immobilized MT molecules and use the results to explain the observed redox behavior of MT (e.g., the heterogeneous ET rate and the number of redox-active groups involved).
在拟议的研究中,将采用各种分析和表面分析技术来表征和研究固定在金属表面上的氧化还原活性蛋白。将特别强调金属硫蛋白(MT)的电化学研究以及伴随其电化学氧化还原反应的金属转移过程。金属/电极表面将以促进电子转移(ET)反应的方式进行修饰,而不会显着改变稳定或生理相关的蛋白质结构。已经确定了一些可用于电极修饰的有用化合物。将确定与 MT 生物学功能相关的几个重要参数。这些参数包括 MT 的氧化还原电位、每个 MT 分子的电活性基团数量以及异质 ET 速率常数。该提案的另一个重点是对电化学氧化还原反应中表面限制的 MT 分子释放的金属进行定量。拟议工作的总体策略是验证现有方法或通过研究模型蛋白(例如,用于氧化还原电位测量的细胞色素 c 以及用于氧化还原电位测量的异质 ET 和铁氧还蛋白 III 的研究)来建立新程序。诱导金属转移)。具体计划将包括以下技术的应用:(1)利用原子力显微镜和扫描隧道显微镜探测固定化MT分子的表面覆盖度和取向; (2)用石英晶体微天平定量蛋白质附着量; (3) 使用基于伏安法的技术(例如介导薄层伏安法和扫描电化学显微镜)研究MT的氧化还原性质; (4) 用电化学表面等离子体光谱检查与 MT 氧化还原反应相关的可能的结构变化; (5) 利用电化学与原子光谱技术在线结合,研究固定化 MT 分子的氧化还原反应诱导(调节)的金属转移过程。基于我们的多种技术方法的系统研究应该为理解 MT 氧化还原反应与细胞环境中随后的金属转移之间的复杂关系提供新的见解。 MT氧化还原电位的准确测量将有助于阐明某些生物氧化还原对(例如谷胱甘肽)在MT金属转移过程中的作用,而氧化还原活性基团和金属的定量可以让我们确定氧化还原对的数量。 MT 分子中可进行氧化还原反应的活性基团和用于金属转移的不稳定金属。最后,我们希望探讨固定化 MT 分子的表面构型和结构,并利用结果来解释观察到的 MT 氧化还原行为(例如,异质 ET 速率和所涉及的氧化还原活性基团的数量)。
项目成果
期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
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