CDH

関連する読書

紹介

セルロビオース脱水素酵素（CDH）は、バイオマス分解を助けるために真菌によって分泌される細胞外ヘモフラボ酵素です。その触媒フラボ脱水素酵素（DH）ドメインは、グルコースオキシダーゼに類似したグルコース-メタノール-コリンオキシドレダクターゼファミリーの一員です。触媒ドメインは、酸化セルロースおよびヘミセルロースの脱重合においてリティックポリサッカライドモノオキシゲナーゼ（LPMO）と相互作用するN末端電子移動シトクロム（CYT）ドメインにリンクしています。

分類

CDHの配列解析に基づいて、4つの系統学的クラスが定義されました。これらのクラスのCDHは、セルロース結合、基質特異性、および触媒反応のpH最適値やDHとCYTドメイン間のドメイン間電子移動に関して異なる構造的および触媒的特性を示します。クラスIおよびクラスIIのCDHの構造、反応メカニズム、および動力学は詳細に特徴付けられており、組換え発現により、バイオセンサー、バイオ燃料電池、バイオマス加水分解、バイオ合成プロセス、表面の抗菌機能化など多くの分野での応用が可能です。

生物学的機能

フラビンを含む脱水素酵素ドメイン（DH）とヘムbを含むシトクロム（CYT）からなるCDHの二重ドメイン構造は、酵素の自然な機能とリグノセルロース脱重合における役割についての推測を引き起こしました。CDHが鉄を二価の形に還元する能力と、過酸化水素を生成する低い酸化酵素活性は、CDHがヒドロキシルラジカルを生成するためのフェントン反応の基質を提供することによってセルロース分解に関与していることを示唆する最も支持された生理的機能の基礎となりました。反応性ヒドロキシルラジカルの形成は、セルロースの分解が可能であることが示されており、褐色腐朽菌によるバイオマスの分解における重要なメカニズムであると考えられています。しかし、提案されたすべてのメカニズムにおいて、分離されたDHドメインの活性が十分であり、CYTドメインの存在の必要性は説明されていません。

バイオ電気化学的応用

バイオセンサーやバイオ燃料電池などのさまざまなバイオ電気化学デバイスにおける触媒としての酵素の応用は、このクラスのタンパク質の独自の電気触媒特性により、CDHに焦点を当てた研究を促進しました。触媒活性のある酵素と電極間の電子移動は、酵素の回転によって生成される電気化学的に活性な化合物を使用することによって達成され、これは第一世代バイオセンサー構造と呼ばれます。第二世代バイオセンサーでは、電子の移動は、自由に拡散するレドックス活性種または（通常はオスミウム修飾）ポリマーを使用してレドックスメディエーター（MET）を統合することによって達成されます。第三世代のセットアップでは、直接電子移動（DET）が、仲介物なしで酵素のレドックス中心から電極への電子の直接輸送によって達成されます。

バイオ電気触媒としてのCDH

CDHは、バイオセンサーやバイオ燃料電池に適した電気触媒となるさまざまな特性を示します。他の炭水化物変換のためのGMC-オキシドレダクターゼとは異なり、媒介電子移動（MET）または直接電子移動（DET）によって接触することができます。CDHベースの第二世代および第三世代バイオセンサーは、グルコースやラクトースなどの商業的または医療的に関連する分子を定量化するために開発されました。第二世代バイオセンサーの利点はその高感度であり、第三世代バイオセンサーの利点は、埋め込み型グルコースモニタリングシステムにおけるレドックスメディエーターの回避です。CDHベースの第三世代バイオセンサーは、CDHと可動CYT構造ドメインが良好な熱的および回転安定性を持ち、多くの電極材料や表面修飾と相互作用でき、合理的に高い電流密度を提供するため、堅牢な性能を提供します。