5. Хирально специфичный электронный перенос с участием медиаторов  и биокатализ

Медиаторный электронный перенос предполагает внедрение медиатора в белковую матрицу в области активного центра. Поскольку структура белка в целом хиральна, можно было бы ожидать, что два медиатора - энантиомера будут по-разному катализировать процесс переноса электрона, а также по-разному будут входить в белок и выходить из него в раствор.

 

Хиральные медиаторы электронного переноса

Хирально селективный перенос электрона достигается путем использования диффузионных хиральных медиаторов [1,2]. 

Энантиомеры (S)- и (R)­N,N-диметил-1-ферроценил-этиламин (4 и 5) катализируют хироселективное биоэлектрохимическое окисление глюкозы в присутствии глюкозооксидазы (рис.1A) [1]. Скорость биоэлектрокаталитического окисления в присутствии (S)-изомера была почти в два раза выше, чем в присутствии (R)-изомера (рис.1B).

 

 

 

Рисунок 1: (A) Схема биоэлектрокаталитического окисления глюкозы в присутствии глюкозооксидазы и энантиомеров производного ферроцена (4,5). (B) Циклические вольтамперограммы растворов, содержащих GOx (100 единиц), глюкозу (50 мМ) и (a) 4 (40 mM) или (b) 5 (40 mM). Под аргоном, скорость развертки 2 мВ с–1.

 

Кинетический анализ биоэлектрокаталитического окисления глюкозы двумя энантиомерами медиатора, проведенный с помощью вращающегося дискового электрода, показал, что  белок имеет четко выраженное хиральное предпочтение благодаря диастереомерным взаимодействиям в процессе внедрения медиатора и диссоциации комплекса. Сходные различия в поведении энантиомерных медиаторов были зафиксированы и для других ферментов [2].

 

Хиральные медиаторы, иммобилизованные в монослое на электроде

Концепция хироселективного электронного переноса с участием медиаторов далее была развита в системах с медиаторами, иммобилизованными на поверхности электродов [3]. (R)- и (S)-2-метилферроцен карбоновая кислота (6 и 7) была включена в монослой на поверхности золотого электрода (рис.2(A)). Окисление глюкозы в присутствии глюкозооксидазы на таком электроде протекает в 1.9 раза быстрее для (S)-энантиомера (7), нежели в присутствии (R)-энантиомера (6) (рис.2(B)).

Рисунок 2: Энантиоселективное биоэлектрокаталитическое окисление глюкозы в присутствии глюкозооксидазы на электроде, модифицированном хиральным медиатором электронного переноса: (A) Способ получения монослоя хирального производного ферроцена на золотом электроде и взаимодействие модифицированного электрода с глюкозооксидазой GOx. (EDC = 1-(3-диметиламинопропил)-3этилкарбодиимид гидрохлорид) (B) Циклические вольтамперограммы на электроде, модифицированном ферроценом (кривые a и b для R-Fc (6) и S-Fc (7), соответственно) в присутствии 1x10–5 M глюкозооксидазы и 50 mM глюкозы. 0.1 M фосфатный буферный раствор, pH 7.0, под аргоном, скорость развертки потенциала 5 мВ с–1, площадь электрода 0.26 см2.

 

Изучение на вращающемся дисковом электроде показало, что медиаторный электронный  перенос происходит через образование комплекса между медиатором в монослое и GOx, скорость  переноса составила 0.3 и 0.5 с-1 для (6) и(7) соответственно, константа Михаэлиса реакции оказалась одинаковой (KM = 1.2 10-5 M). Таким образом, сродство восстановленной глюкозооксидазы к хиральным ферроценильным катионам оказалось одинаково, однако, диастереомеры могут сближаться с активным центром фермента на различное расстояние, что вызывает наблюдаемые различия в скорости переноса электрона.

 

Литература к главе 5

1. S. Marx-Tibbon, E. Katz, I. Willner, J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 9925-9926.
2. a) S.J. Sadeghi, G. Gilardi, G. Nicolosi, A.E.G. Cass, Chem. Commun. 1997, 517-518;
    b) A.D. Ryabov, Y.N. Firsova, V.N. Gozal, E.S. Ryabova, A.N. Shevelkova, L.T. Troitskaya, T.V. Demeschik, V.I. Sokolov, Chem. Eur. J. 1998, 4, 806-813.
3. G. Tao, E. Katz, I. Willner, Chem. Commun. 1997, 2073-2074.

 

Глава 4

Глава 6