懸濁液中の酸化グラフェンをベースとしたニッケル配位表面上でのチトクロムc酸化酵素の酸素還元反応

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Biochim Biophys Acta Bioenerg.2020 Jul;:148262. S0005-2728(20)30112-2. doi: 10.1016/j.bbabio.2020.148262.Epub 2020-07-13.

懸濁液中の酸化グラフェンをベースとしたニッケル配位表面上でのチトクロムc酸化酵素の酸素還元反応

Cytochrome c oxidase oxygen reduction reaction induced by cytochrome c on nickel-coordination surfaces based on graphene oxide in suspension.

Xiaoping Zhu
Erika Aoyama
Alexander V Birk
Oladapo Onasanya
William H Carr
Lev Mourokh
Shelley D Minteer
Michele Vittadello

PMID: 32673675 DOI: 10.1016/j.bbabio.2020.148262.

抄録

背景:

固体電極上に安定化した細菌の電子伝達タンパク質の電気化学的・分光学的研究は、呼吸器系酵素の機能研究に有効なアプローチを提供している。

BACKGROUND: The electrochemical and spectroscopic investigation of bacterial electron-transfer proteins stabilized on solid state electrodes has provided an effective approach for functional respiratory enzyme studies.

方法:

Rhodobacter sphaeroides由来のHisタグ付きチトクロムc酸化酵素(CcO)を配位させたニッケルニトリロ三酢酸基(CGO-NiNTA)で機能化したカルボキシル化グラフェン酸化物(CGO)の生体適合性を評価した。

METHODS: We assess the biocompatibility of carboxylated graphene oxide (CGO) functionalized with Nickel nitrilotriacetic groups (CGO-NiNTA) ccordinating His-tagged cytochrome c oxidase (CcO) from Rhodobacter sphaeroides.

結果:

紫外可視吸収分光法を用いた速度論的研究により、固定化CcOは単離CcOに比べて遅い速度ではあるが馬心臓チトクロムc（Cyt c）を酸化することが確認された。固定化CcOによる酸素還元反応は、Cyt cとジチオスレイトール（DTT）を犠牲還元剤として用いた場合のCGO-NiNTAによる酸素還元反応と明確に区別できることがわかった。その結果、支持体に対するタンパク質の含有量は約3.7‰であるが、酸素消費活性への寄与は平均56.3%であることがわかった。

RESULTS: Kinetic studies employing UV-visible absorption spectroscopy confirmed that the immobilized CcO oxidized horse-heart cytochrome c (Cyt c) albeit at a slower rate than isolated CcO. The oxygen reduction reaction as catalyzed by immobilized CcO could be clearly distinguished from that arising from CGO-NiNTA in the presence of Cyt c and dithiothreitol (DTT) as a sacrificial reducing agent. Our findings indicate that while the protein content is about 3.7‰ by mass with respect to the support, the contribution to the oxygen consumption activity averaged at 56.3%.

結論:

CcOをベースとした支持体は、シトクロムc酸化酵素の能力はあるが、我々の条件では溶液中では酸素消費を行うことができない遊離酵素を安定化させた。固定化されたCcOのターンオーバー率は、CcO単位あたり毎秒240 O分子と高かった。

CONCLUSIONS: The CGO-based support stabilizes the free enzyme which, while capable of Cyt c oxidation, is unable to carry out oxygen consumption in solution on its own under our conditions. The turnover rate for the immobilized CcO was as high as 240 O molecules per second per CcO unit.

一般的な意味:

また、CGO表面に固定化された細菌電子伝達酵素の単離された成分のin vitroでの電子流の研究は、微生物の生体エネルギー機能に新たな光を与え、最終的には生物の性能向上に貢献することが期待されています。

GENERAL SIGNIFICANCE: In vitro investigations of electron flow on isolated components of bacterial electron-transfer enzymes immobilized on the surface of CGO in suspension are expected to shed new light on microbial bioenergetic functions, that could ultimately contribute toward the improvement of performance in living organisms.