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Structural and Bioelectrochemical analysis of Direct Electron Transfer-type bioelectrocatalysis

直接电子转移型生物电催化的结构和生物电化学分析

基本信息

批准号：
22K14831
负责人：
宋和慶盛
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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

直接電子移動型酵素電極反応（＝DET型反応）は，酵素と電極のみで構成される理想的な反応系であり，酸化還元酵素の基礎研究から環境に優しい次世代型デバイスに向けた応用研究に至るまで，幅広い分野で注目を集めている．しかし，本反応を実現できる酵素の報告例は少なく，反応機構も解明されていない．そこで本研究では，「生物電気化学と立体構造解析および予測技術を融合させた手法によるDET型反応機構の解明」を目的とする．モデル酵素であるフルクトース脱水素酵素（FDH）の立体構造をクライオ電子顕微鏡観察法を利用し，3.6Åの分解能（PDB 7W2J）で解明した（ChemRxivにPreprint出版済）．さらに，酸化還元状態を制御した条件で，2.5Å（還元型）と2.7Å（酸化型）の分解能まで向上させた．本成果は，キノヘモあるいはフラボヘモタンパク質で報告されているDET型酵素において世界で初めての立体構造解析例である．次に，解明した立体構造に基づきFDHの基質認識機構を考察した．酵素表面を観察し，触媒活性部位であるFADに繋がる明瞭なキャビティーを確認した．ドッキングシミュレーションにより，基質認識に必要なアミノ酸残基を３つ特定できた．また，解明した立体構造を活用し生物電気化学的考察を進めた．酵素内に含まれる６個コファクターの酸化還元電位を利用し，マーカスの理論式によって酵素内電子移動速度定数を評価した．本結果より，触媒活性サブユニット内に存在する[4Fe3S]クラスターから電子伝達サブユニットに存在するヘム3c間の電子移動が律速段階であることが示唆された．また，電極との電子移動を担う電極反応部位を電気化学的に考察した．立体構造から酵素表面の静電ポテンシャルを計算し，正あるいは負に帯電させた電極を用いることで，電子伝達サブユニット内のヘム2cが電極反応部位であることを強く示唆する結果を得た．

Direct electron transfer type enzyme electrode reaction (=DET type reaction), enzyme and electrode reaction constitute an ideal reaction system, acidification reduction Fundamental research on enzymes, environmental optimization, next-generation type enzyme research, application research, and field research, focus, and collection.しかし, できるEnzyme のReported Case of できるEnzyme は小なく, されていない of しかし, されていない of しかく, しかし, しかし. The purpose of this study is "the fusion of bioelectrochemical chemistry and three-dimensional structure analysis and prediction technology and the method of detoxification of the DET type reaction mechanism". The three-dimensional structure of モデルzyme であるフルクトース dehydrase (FDH) and the use of electron microscopy observation method, 3.6Å decomposition energy (PDB 7W2J) (Published by ChemRxiv and Preprint).さらに, the acidification reduction state is controlled by the conditions, and the decomposition energy of 2.5Å (reduction type) and 2.7Å (acidification type) is upward. The result of this work is the report of the quality of the project.いるDET type enzyme において世界で初めての三级structural analysis example である. This time, the three-dimensional structure of the three-dimensional structure was explained, and the matrix understanding mechanism of FDH was investigated. The surface of the enzyme was inspected, and the active site of the catalyst was confirmed by the FAD system.ドッキングシミュレーションにより, it is necessary to know the matrix and the acid residue を３つ is specific.また, elucidation of した three-dimensional structure and utilization of し bioelectrochemical investigation を progress めた. The enzyme contains six コファクターのacidification and reduction potential, and the theoretical formula of マーカスの is a fixed number of electron movement speed in the enzyme. This result shows that the catalytic activity of the catalytic active material is present in the [4Fe3S] electronics The movement of electrons between 3c and the speed of the movement of electrons between the 3c and 3c speed stages is the same as the speed of the movement of the electrons.また, the electrode and the movement of electrons and the resistance of the electrode reaction part are investigated in the electrochemical chemistry. The three-dimensional structure of the enzyme surface is calculated using the electrostatic meter, and the positive electrode and the negative electrode are used.とで, electronic 伝达サブユニット内のヘム2cがelectrode reaction part であることをstrongくshows instigation する results をget た.

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Structural and Bioelectrochemical Elucidation of Direct Electron Transfer-type Membrane-bound Fructose Dehydrogenase

直接电子转移型膜结合果糖脱氢酶的结构和生物电化学阐明

DOI：
10.26434/chemrxiv-2022-d7hl9
发表时间：
2022
期刊：
ChemRxiv
影响因子：
0
作者：
Suzuki Yohei;Makino Fumiaki;Miyata Tomoko;Tanaka Hideaki;Namba Keiichi;Kano Kenji;Sowa Keisei;Kitazumi Yuki;Shirai Osamu
通讯作者：
Shirai Osamu

Structural and Bioelectrochemical Study of Direct Electron Transfer-type Membrane-bound Fructose Dehydrogenase

直接电子转移型膜结合果糖脱氢酶的结构和生物电化学研究