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

通过亲水聚合物的位点特异性添加控制酶和电极之间的电子转移反应

• 批准号: 22K05426
• 负责人: 片岡 邦重
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05426/
• 关键词: マルチ銅オキシダーゼ; 酵素電極; 電子移動反応; 化学修飾; ポリエチレングリコール

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。

Myrothecium verrucaria is derived from a matrix electrode containing an electron, an acid, and a catalyst. mBOD is a direct electron mobility type electrode catalyst with very high electrode catalyst activity. It is expected that the electrode catalyst of enzyme fuel cell will be used in the future. Pichia yeasts host and development of modular BOD(pBOD) compared with natural mBOD, the enzyme activity in aqueous solution is reduced, and the electrode catalytic activity of pBOD is about 2 times higher than that of mBOD. A study on the reasons for the composition of the N-conjugated carbohydrate chain on the surface of BOD molecules In this study, we compared the catalytic activity of the electrode before and after the removal of the carbohydrate by pBOD and dg-pBOD. Ketjen Black(KB) powder was coated on the KB/GCE electrode and modified with 4-Aminobenzoic acid(ABA) to maintain negative charge on the ABA/KB/GCE electrode and p-Phenylene diamine(PDA) to maintain positive charge on the PDA/KB/GCE electrode. The electron acceptor site of BOD is located near the basic acid residue, and the adsorption alignment of the enzyme is dominated by electrostatic interaction. On the one hand, mBOD and pBOD are analyzed. The former contains high molecular weight carbohydrate, while the latter contains high molecular weight carbohydrate. The catalytic activity of each BOD in ABA modified electrode is pBOD > dg-pBOD = dg-mBOD > mBOD, and the composition of sugar lock is changed from large to small.

项目成果

ビリルビンオキシダーゼの電気化学的性質に及ぼす N 結合型糖鎖の影響

N-连接聚糖对胆红素氧化酶电化学性质的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 炭 ひなた;鈴木 洋平;伊藤 晟;山下 哲;加納 健司;宋和 慶盛;片岡 邦重
• 通讯作者: 片岡 邦重

ビリルビンオキシダーゼ表面の糖鎖ミミックが直接電子移動型酵素電極反応に与える影響

胆红素氧化酶表面糖链模拟物对直接电子转移酶电极反应的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 西田 紗也加;炭 ひなた;片岡 邦重;山下 哲;宋和 慶盛;加納 健司;北隅 優希;白井 理
• 通讯作者: 白井 理

Effects of N-linked glycans of bilirubin oxidase on direct electron transfer-type bioelectrocatalysis

胆红素氧化酶N连接聚糖对直接电子转移型生物电催化的影响

• DOI: 10.1016/j.bioelechem.2022.108141
• 发表时间: 2022
• 期刊: Bioelectrochemistry
• 影响因子: 5
• 作者: Suzuki Yohei;Itoh Akira;Kataoka Kunishige;Yamashita Satoshi;Kano Kenji;Sowa Keisei;Kitazumi Yuki;Shirai Osamu
• 通讯作者: Shirai Osamu

Kinetic and thermodynamic analysis of Cu2+-dependent reductive inactivation in direct electron transfer-type bioelectrocatalysis by copper efflux oxidase

铜外流氧化酶直接电子转移型生物电催化中 Cu2+ 依赖性还原失活的动力学和热力学分析

• DOI: 10.1016/j.electacta.2022.140987
• 发表时间: 2022
• 期刊: Electrochimica Acta
• 影响因子: 6.6
• 作者: Adachi Taiki;Mazurenko Ievgen;Mano Nicolas;Kitazumi Yuki;Kataoka Kunishige;Kano Kenji;Sowa Keisei;Lojou Elisabeth
• 通讯作者: Lojou Elisabeth

Aix Marseille University/University of Bordeaux(フランス)

艾克斯·马赛大学/波尔多大学（法国）