触媒機能界面を用いた生体分子の電子移動制御と生物電気化学触媒反応への応用

本年度は,金属タンパク質の電子移動に有効な触媒機能電極の精密な設計と、生体分子機能修飾電極を応用した新しい生物触媒電気化学反応系の展開を目的として研究を進め、以下の研究成果を得た。1)酸化インジュウム電極上にポリペプチドを適量非可逆吸着させる方法や正電荷を有するアミノ基を末端に持つ分子を化学的に単分子層導入固定化して得た修飾電極は、熱安定性に優れたクロレラフェレドキシンのほか種々の起源のフェレドキシンやそのアミノ酸の一部改変体などに広く有効であった.また高い親水性表面を有するIn_2O_3電極を用いることでミオグロビンの速い電子移動反応を実現するとともに、シアノミオグロビン、Mn置換ミオグロビンおよびモノアザヘム置換にミオグロビンの電極反応の検討から、ミオグロビンの電極反応にはヘム鉄の第6配位子座の水分子が重要な役割を果たしていることを示した。2)金属タンパク質を用いた触媒反応系の構築を目的とし、フェレドキシン-NADP^+還元酵素を用いてフェレドキシンを電子伝達媒体としたNADP^+からNADPHへの変換が制御できた。さらに、NADPHを補酵素とする酵素反応を組み合わせて、例えば、リンゴ酸酵素を用いた酵素反応系が駆動することを実証した.また,亜鉛ポルフィリンを用いた光電気化学反応でフェレドシンの電子移動を制御して、簡単な人工光合成系が構築した.3)NADHやNADPHののための機能触媒電極を作製した。すなわち、メルドラブルーを電極表面に吸着固定化して得た触媒修飾電極は未修飾電極に比べて,0.7V以上も陰電位側でNADHやNADPHの明瞭な触媒酸化電流が認められ、0-3mM程度のNADHの検出のための電気化学センサとして機能した。この触媒電極とフローシステムと組み合わせて簡単なフローインジェクション型のNADHおよびNADPHのセンシング装置も組み立てた.

本年度は,金属タンパク質の電子移動に有効な触媒機能電極の精密な設計と、生体分子機能修飾電極を応用した新しい生物触媒電気化学反応系の展開を目的として研究を進め、以下の研究成果を得た。1)酸化インジュウム電極上にポリペプチドを適量非可逆吸着させる方法や正電荷を有するアミノ基を末端に持つ分子を化学的に単分子層導入固定化して得た修飾電極は、熱安定性に優れたクロレラフェレドキシンのほか種々の起源のフェレドキシンやそのアミノ酸の一部改変体などに広く有効であった.また高い親水性表面を有するIn_2O_3電極を用いることでミオグロビンの速い電子移動反応を実現するとともに、シアノミオグロビン、Mn置換ミオグロビンおよびモノアザヘム置換にミオグロビンの電極反応の検討から、ミオグロビンの電極反応にはヘム鉄の第6配位子座の水分子が重要な役割を果たしていることを示した。2)金属タンパク質を用いた触媒反応系の構築を目的とし、フェレドキシン-NADP^+還元酵素を用いてフェレドキシンを電子伝達媒体としたNADP^+からNADPHへの変換が制御できた。さらに、NADPHを補酵素とする酵素反応を組み合わせて、例えば、リンゴ酸酵素を用いた酵素反応系が駆動することを実証した.また,亜鉛ポルフィリンを用いた光電気化学反応でフェレドシンの電子移動を制御して、簡単な人工光合成系が構築した.3)NADHやNADPHののための機能触媒電極を作製した。すなわち、メルドラブルーを電極表面に吸着固定化して得た触媒修飾電極は未修飾電極に比べて,0.7V以上も陰電位側でNADHやNADPHの明瞭な触媒酸化電流が認められ、0-3mM程度のNADHの検出のための電気化学センサとして機能した。この触媒電極とフローシステムと組み合わせて簡単なフローインジェクション型のNADHおよびNADPHのセンシング装置も組み立てた.