降解木素关键酶在纳米多孔金属电极上的电子转移

木素降解关键酶包括木素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶等，它们参与木素的解聚和芳香环的降解。本项目拟以去合金法通过金属置换、表面电镀、自组装修饰等策略制备数种新型纳米多孔金属裸电极和功能修饰电极；研究电极材料微结构和界面特性对上述木素降解关键酶与电极间电子传递过程热力学和动力学的影响；基于腈基耦合产生的特征红外光谱，建立可用于界面上蛋白质取向表征的腈基红外探针新方法；研究木素降解关键酶在多孔金属电极表面的取向、构象以及电子转移过程中酶构象的变化；了解轴向配体、电子介体、介质条件等对酶取向、构象、活性以及与电极间电子传递效率的影响，弄清制约木素降解关键酶电子传递效率的关键因素及机制，实现纳米多孔金属材料上木素降解关键酶的高效生物电催化。该研究对于理解木素降解关键酶与木素间的相互作用、阐明木素降解机制、实现木素体外酶解意义重大；同时也为第三代生物传感器和生物燃料电池的设计提供了科学支撑。

本项目通过合金腐蚀、电位扰动法结合表面电镀、自组装修饰等策略制备了数种新型纳米多孔金属裸电极和功能修饰电极，研究了不同电极材料微结构和界面特性上固定化木素降解关键酶的酶学性质以及固定化酶与电极间电子传递过程热力学和动力学，探讨了介质等因素对酶活性及电子转移效率的影响与机制; 基于一些纳米多孔金属材料的电催化作用，发展了一些生物传感器；利用化学方法修饰蛋白，建立了蛋白结构变化的氰基探针表征新方法；借助纳米多孔金属的等离子体性质，还建立了纳米多孔金属修饰界面的SERS表征方法；利用双功能连接分子通过轴向配位作用构建了单取向的铁卟啉电极，通过纳米多孔金、银表面三明治夹心结构的构建进一步提高了界面分子的检测信号并探讨了增强机制；通过分子生物学方法构建了不同取向的漆酶电极，研究了漆酶在金属电极表面的取向与酶电极间电子转移效率的关系以及取向对氧的电催化还原电流与产物的影响与机制。结果表明，在多孔金属表面上酶的取向是制约木素降解关键酶高效直接电子转移和生物电催化的最关键因素。该研究对于理解木素降解关键酶与木素间的相互作用、阐明木素生物降解机制具有重要价值；同时也为第三代生物传感器和生物燃料电池的设计提供了科学支撑。