多孔質構造の制御を基盤とする拡散律速型バイオセンシング

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タングステン含有ギ酸脱水素酵素(FoDH)はギ酸と二酸化炭素の酸化還元およびNAD+とNADHの酸化還元を両方向かつ可逆に触媒する酵素である。FoDHは直接電子移動型の酵素電極反応を実現できることからバイオセンサー用の酵素機能電極として大きな魅力を持つ。さらにNAD+依存型酵素と組み合わせることで複合型の酵素機能電極を構築できる可能性がある。しかしながら立体構造がわからず、酵素内電子伝達経路も不明なままであった。そこで、クライオ顕微鏡技術を駆使することでFoDHの立体構造を解明した。また、酵素内部の電子伝達経路を明らかにし、電極反応部位であろう鉄硫黄クラスターを同定した。そして、FoDHの表面特性を明らかにすることで酵素機能電極の特性をさらに向上させるための知見を得た。また、酵素表面の糖鎖が酵素の電極表面における配向に及ぼす影響を明らかにした。具体的には電気化学バイオセンサーにおける酵素機能電極の構成要素として優れた特性を示すビリルビンオキシダーゼ(BOD)表面の糖鎖を除去した変異型BODおよび糖鎖ミミックを結合させた変異型BODについて酵素電極反応を詳細に検討した。酵素活性に及ぼす様々な要因として重金属イオンとの相互作用が挙げられる。酵素電極反応による酸素還元に高い活性を示す銅輸送酵素が銅イオンの共存によって向上する原因を究明した。また、同様に銀イオンによるBODの活性低下についての定量的な評価を行った。銀イオンは、電気化学バイオセンサーにおける参照電極からの溶出物であるため、その影響による酵素機能電極の特性透過は深刻である。そこで共存させるイオン組成を適切に制御するという簡便な防御方法を提案し有効性を証明した。