Spektroelektrochemische Untersuchung von GMC Flavoenzymen

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Lenzer, seit 7/2020
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Biologische und Biomimetische Chemie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401882662

Ziel dieses Projekts ist die spektroelektrochemische Untersuchung von Flavoenzymen aus der Familie der Glucose, Methanol, oder Cholin (GMC) oxidierenden Oxidoreduktasen. Durch Spektroelektrochemie lassen sich die pH-abhängigen Redoxpotentiale dieser Enzyme bzw. ihrer Domänen bestimmen. Hierfür soll ein bereits vorhandener LabView kontrollierter spektroelektrochemischer Messstand weiterentwickelt werden, um die Messungen nicht nur potentiostatisch sondern auch coulometrisch durchführen zu können. Hierfür muss auch die Empfindlichkeit des Aufbaus verbessert werden, um die Ladung, die in jedem einzelnen Titrationsschritt übertragen wird, bestimmen zu können. Um das elektrochemische Gleichgewicht zu erreichen, müssen spektroelektrochemische Messungen in Gegenwart von Redoxmediatoren durchgeführt werden. Dabei handelt es sich um elektrochemisch aktive Moleküle, die Elektronen zwischen der Elektrode und dem elektrochemisch aktiven Zentrum des Enzyms transportieren können. Da nicht für jeden Potentialbereich geeignete Mediatoren kommerziell erhältlich sind, müssen diese zum Teil von uns synthetisiert werden. Diese Mediatoren sollen in Lösung oder auch nach Anknüpfung an die Elektrodenoberfläche (über lange und flexible Ketten) angewendet und in Bezug auf ihre Effektivität verglichen werden.Um den coulometrischen Arbeitsmodus zu etablieren, soll Glucoseoxidase (GOx) aus Aspergillus niger als Modellenzym eingesetzt werden. GOx ist das am häufigsten untersuchte Redoxenzym und wird als Katalysator in elektrochemischen Glucosebiosensoren oder auf der Anode von Glucosebiobrennstoffzellen eingesetzt. Wir haben GOx bereits im potentiostatischen Modus spektroelektrochemisch untersucht und möchten anhand der mit GOx erzielten Ergebnisse die Stärken der verschiedenen Arbeitsmodi herausarbeiten. Der erweiterte spektroelektrochemische Aufbau soll verwendet werden, um weitere Enzyme der GMC-Familie zu untersuchen, wobei wir mit glucoseoxidierenden Enzymen beginnen wollen, und zwar zunächst mit FAD-abhängiger Glucosedehydrogenase aus Aspergillus flavus, bevor wir uns den komplexeren Enzymen Cellobiosedehydrogenase aus Ascomyceten, und FAD-abhängiger Glucosedehydrogenase aus Burkholderia cepacia mit zwei bzw. drei verschiedenen Domänen zuwenden.Außerdem werden wir Alkoholoxidase (AOx), Cholesteroloxidase (ChOx) und Cholinoxidase (COx) untersuchen. AOx katalysiert die Oxidation kurzkettiger Alkohole wie Methanol, Ethanol oder 1-Propanol. ChOx wird häufig zur Cholesterinbestimmung eingesetzt und ist das in klinischen Laboratorien am zweithäufigsten eingesetzte Redoxenzym (nach GOx). COx katalysiert die Oxidation von Cholin zu Betainaldehyd sowie die weitergehende Oxidation zur entsprechenden Carbonsäure, wodurch aus einem Substratmolekül vier Elektronen gewonnen werden können. Die zu erwartenden Ergebnisse sollen helfen, die grundlegenden elektrochemischen Eigenschaften der Enzyme zu verstehen und Strategien zur Anbindung dieser Enzyme an Elektroden zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Gilbert Nöll, bis 7/2020