化学识别诱导的氧化还原酶定向固定及直接电子转移

项目名称： 化学识别诱导的氧化还原酶定向固定及直接电子转移

项目编号： No.21273117

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 蔡称心

作者单位： 南京师范大学

项目金额： 82万元

中文摘要： 氧化还原酶（包括氧化还原蛋白质）的电子转移过程不仅在许多重要生理过程（如呼吸作用、光合作用等）中起重要作用，而且还与生物电催化、生物电子学以及纳米生物技术等密切相关。如何实现酶的定向固定及直接电子转移并保持原有的构象仍是一个未解决的基础性问题。本项目提出化学识别诱导的氧化还原酶在电极表面的定向固定（这里指酶活性口袋朝着电极表面方向的固定）并阐明它们的直接电子转移特性与机制。以辣根过氧化物酶、2,3-二羟基双苯基双加氧酶及半乳糖氧化酶为对象，以电化学方法为手段，结合光谱技术及理论计算研究并阐明化学识别诱导氧化还原酶定向固定的条件及影响因素；研究定向固定酶的活性与结构；研究定向固定酶的直接电子转移及催化特性与机制。本项目的研究结果不仅有助于深入理解氧化还原酶在生命体系中的电子转移机制及从分子水平上解释一些重要的生理过程，还可为开发新型生物电子器件及探索酶催化剂新的应用领域等提供理论基础。

中文关键词： 氧化还原酶；直接电子转移；定向固定；蛋白质构象；

英文摘要： Electron transfer (ET) in redox enzymes, including reodx proteins plays a key role in many biological processes, such as respiration and photosynthesis. Furthermore， direct ET of enzyme between contacts is also of great interest for bioelectrocatalysis, bioelectronics, biosensors and, more recently, in nanobiotechnology. Oriented immobilization of redox enzymes at an electrode surface with keeping the native conformation and an achievement of their direct ET is an important fundamental issue, which is still remained to be unsolved. This project develops a new concept to achieve both the oriented immobilization and to enhance the direct ET rate of redox enzymes. This approach is based on the recognition chemistry by which a recognition group enters the active pocket of redox enzyme and recognizes and replaces a labile ligand (usually is H2O) of the redox center of a metalloenzyme. Because the recognition group is immobilized on the electrode surface, the active pocket of the immobilized redox enzyme faces directly to the electrode surface, and therefore, the direct ET rate can be greatly enhanced. This project selects three different type redox enzymes, namely horadish peroxidase (HRP, a representative of heme iron-containing redox enzyme), 2,3-dihydroxylbiphenyl dioxygenase (DHBD, a representative of nonheme iro

英文关键词： Redox enzymes；Electron transfer；Orientational immobilization；Protein conformation；