Control of electron transfer reaction between enzyme and electrode by site-specific addition of hydrophilic polymer

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糸状菌Myrothecium verrucaria由来のビリルビンオキシダーゼ(mBOD)はマルチ銅オキシダーゼの一種で，基質や電極から受容した電子を用いて酸素を水に還元する反応を触媒する。mBODは，直接電子移動型電極触媒として非常に高い電極触媒活性を示すことから, 酵素燃料電池のカソード電極触媒への応用が期待されている。Pichia酵母を宿主として発現した組換え型BOD(pBOD)と天然型mBODを比較すると，水溶液中での酵素活性はほぼ変わらないが，pBODの電極触媒活性はmBODの約2倍に増大する。 この差はBODの分子表面に付加したN結合型糖鎖の大きさと組成の違いが原因と考えられた。本研究では，糖鎖切断酵素Endo F1を用いてpBODとmBODの糖鎖を切除したdg-pBODとdg-mBODを調製し，糖鎖切除前後の電極触媒活性を比較した。グラッシー炭素電極にKetjen Black(KB)粉末を塗布したKB/GCE電極，更に4-Aminobenzoic acid(ABA)で修飾し負電荷を持つABA/KB/GCE電極，p-Phenylene diamine(PDA)で修飾し正電荷を持つPDA/KB/GCE電極を用いて電気化学測定を行なったところ，糖鎖切除酵素はABA修飾電極で高い電極触媒活性を示した。BODの電子受容部位近傍には塩基性アミノ酸残基が局在することから，酵素の吸着配向が静電相互作用により支配されていると考えられる。一方，mBODとpBODの糖鎖を分析したところ,前者は電荷を持たない高マンノース型糖鎖，後者はシアル酸を含む高分子量の複合型糖鎖であった。ABA修飾電極における各BODの電極触媒活性はpBOD > dg-pBOD = dg-mBOD > mBODの順となり，糖鎖の組成や大きさにより電極との相互作用に変化が生じたと考えられる。