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Direct electron transfer reaction established by fungal redox proteins

真菌氧化还原蛋白建立的直接电子转移反应

基本信息

批准号：
22K14826
负责人：
武田康太
金额：
$ 2.91万
依托单位：
The University of Tokyo
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

酵素による触媒反応と電極での電気化学反応を共役させた反応を酵素電極反応といい、電気化学的なバイオセンサーや物質変換、バイオ燃料電池の基盤となる。酵素と電極間で直接的な電子の授受が起こる直接電子移動反応(DET)は非常にシンプルな反応系となるのが利点である。しかし、酵素の立体構造に大きく依存することから、DETが可能な酸化還元酵素の種類は全体のごく一部に限られているのが課題となっている。そこで研究代表者は、優れたDET反応を示す糸状菌由来のピロロキノリンキノン(PQQ)、フラビン(FAD)、ヘムなどを活性中心に有する酸化還元酵素に注目し、これらの酸化還元タンパク質の性質を明らかとし、それを利用した直接電子移動反応系の設計手法と酵素電極の開発を目的としている。本年度は、糸状菌のPQQ依存性ピラノース脱水素酵素とFAD依存性セロビオース脱水素酵素を対象に、DET反応系の構築とそれを基にした酵素の解析、変異導入が与える電子移動反応への影響を調べた。まずは、ピラノース脱水素酵素の触媒ドメインのみを用いて、酵素活性中心のPQQの酸化還元反応について解析した。DET法により酸化還元電位を測定し、電位のpH依存性の詳細について明らかにした。その結果、酵素内PQQのセキミノンの生成定数が明らかとなり、水溶液中のフリーのPQQに比べてセキミノンが安定化されていることがわかった。さらにPQQのキノン部位のpKaを決定し、プロトン共役電子移動に関する知見を得た。セロビオース脱水素酵素について、電極への固定化方法を検討し、DET型酵素電極反応を確立した。さらにシトクロムドメインの変異体を作製し、ヘムプロピオン酸近傍への変異導入によりヘムの酸化還元電位をコントロールできることがわかった。

Electrochemical reaction of enzyme catalyst and electrode, electrochemical reaction of enzyme electrode, electrochemical reaction of enzyme catalyst and electrode, electrochemical reaction of enzyme electrode, electrochemical reaction of enzyme electrode, electro Direct electron transfer (DET) between enzyme electrodes is a very important aspect of electron transfer. The three dimensional structure of enzymes depends on the type of enzymes that can be acidified. The representative of this research is to show the origin of bacteria, such as PQQ, FAD, and active center, and to clarify the nature of the enzyme, and to design methods for the development of enzyme electrodes using direct electron mobility reaction systems. This year, the PQQ-dependent enzyme and FAD-dependent enzyme target, DET reaction system construction, enzyme analysis, different introduction and electron mobility reaction were adjusted. The enzyme activity center of PQQ and the enzyme activity center of PQQ are analyzed. DET method for the determination of acidification reduction potential, potential and pH dependence of the detailed analysis The results show that the production rate of PQQ in enzyme is higher than that in aqueous solution. The pKa of the PQQ site is determined, and the knowledge of the electron movement is obtained. A study on the immobilization method of DET enzyme and DET enzyme was carried out. In addition to the above, it is also possible to change the pH of the solution by changing the pH value of the solution.

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Max Planck Institute/Chemical Energy Conversion(ドイツ)

马克斯·普朗克研究所/化学能转换（德国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

バイオ燃料電池によるグルカル酸生産のための触媒としてのPQQ依存性酵素

PQQ 依赖性酶作为生物燃料电池生产葡萄糖酸的催化剂

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
武田康太;五十嵐圭日子;中村暢文
通讯作者：
中村暢文

Biorefinery of galacturonic acid using a biofuel cell as a reactor

使用生物燃料电池作为反应器的半乳糖醛酸生物精炼厂

DOI：
10.1039/d2re00202g
发表时间：
2022
期刊：
Reaction Chemistry & Engineering
影响因子：
3.9
作者：
Tomoe Nakagawa; Hayato Abe; Tomoko Gessei; Kouta Takeda; Kiyohiko Igarashi; Nobuhumi Nakamura
通讯作者：
Nobuhumi Nakamura

直接電子移動反応に基づくPQQの酸化還元反応の解析

基于直接电子转移反应的PQQ氧化还原反应分析