2016 Fiscal Year Research-status Report
表面分光酵素電気化学による金属酵素-電極界面の理解
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16K20882
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
加藤 優 北海道大学, 地球環境科学研究院, 助教 (70709633)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 一酸化窒素還元酵素 / 表面増強赤外吸収分光 / 酵素電気化学 / 金属酵素 / 金電極 / 電気化学質量分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脱窒過程にておいて一酸化窒素(NO)を一酸化二窒素(N2O)へ還元する一酸化窒素還元酵素(NOR)の反応機構解明を目指し，本年度ではNOR修飾金電極の作製とその電極触媒活性評価を行なった．
NORを固定化する金電極基板は，Siプリズム上に無電解メッキ法により金薄膜を形成させることで調製した．NORを金電極表面に固定化するための方法として，NOR水溶液を直接金電極表面に滴下することによる直接固定化法と，金電極表面を予め末端官能基として-NH2基または-COOH基アリルジアゾニウムの電気化学的還元により表面修飾を施した後に，NORと電極表面との間でアミド結合形成をさせることによる共有結合固定化法の2つの手法を試みた．
それぞれの手法で作製したNOR修飾金電極を用いて非触媒活性(不活性ガス)雰囲気下でサイクリックボルタンメトリー(CV)による電気化学測定を行った．その結果，いずれの電極においてもNORの補因子である鉄錯体由来の酸化還元応答を観測することができた．このことは電極表面に固定化されたNOR内部にある触媒反応サイトの鉄錯体と金電極基板との間で電子移動が起きていることを意味する．次に，触媒活性条件下(一酸化窒素ガス雰囲気下)で電気化学測定を行なった結果，いずれの電極においても一酸化窒素還元に由来する電流応答を観測することができた．一般的に金などの貴金属電極表面に酵素などの生体分子を直接固定化した場合は変性により失活することがよくあるが，本研究で用いたNORの場合は，共有結合固定化法のみならず直接固定化法においてもNORを失活させることなく金電極表面に固定化できることが明らかとなった．
本研究で作製したNOR修飾金電極は，NORの触媒活性を電位で制御できるだけでなく表面増強赤外吸収分光測定も可能なため，NOR修飾金電極の作製により電気化学と表面分光の融合によるNORの反応機構解明の礎を築くことができたと考えている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
NOR修飾電極の作製法の確立およびその電気化学測定を当初の計画通り実施することができた．また，NOR電極によって生成するN2Oガスを検出するための電気化学質量分析装置(DEMS)も当初の予定通り構築できた．次年度に実施予定であるNOR修飾電極の表面増強赤外吸収分光測定およびN2Oガス生成物分析などの準備は万全である．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は当初の計画通りNOR修飾金電極の表面増強赤外吸収測定を触媒活性条件(一酸化窒素ガス雰囲気)下および非活性条件(アルゴンガス雰囲気)下で実施し，反応中間体由来の赤外吸収スペクトルの取得を試みる．また，本年度構築したDEMS装置を用いた生成物分析も行い，NORが自然界と同じ一酸化窒素還元反応を電極表面上でも触媒している証拠を得る予定である．
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| Causes of Carryover |
年度末に購入予定だった消耗品の購入が不要になり，注文の必要がなくなったため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度における消耗品として使用する予定である．
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