Разнообразие бактериальных дыхательных цепей выявляет цитохром-c-оксидазу, восстанавливающую O2 при низких перенапряжениях

Цитохром-c-оксидазы (CcO) являются терминальными ферментами энергообразующих цепей микроорганизмов, в которых они восстанавливают кислород до воды. Их сродство к O2 делает их привлекательными биокатализаторами для технологических устройств, в которых концентрация O2 ограничена; однако высокие перенапряжения, демонстрируемые ими на электродах, существенно ограничивают их практическое применение. В данной работе CcO ацидофильной бактерии Acidithiobacillus ferrooxidans исследовали на различных углеродных материалах методами прямой электрохимии белков и опосредованной электрохимии с использованием окислительно-восстановительных медиаторов, которые либо диффундируют, либо совместно иммобилизованы на поверхности электрода. Заключение CcO в сеть гидрофобных углеродных нан волокон обеспечивает прямую электрохимическую связь между ферментом и электродом. Показано, что CcO обладает микромолярным сродством к O2 и восстанавливает O2 при исключительно высоких потенциалах электрода — от +700 до +540 мВ относительно нормального водородного электрода (NHE) в диапазоне pH 4–6. Кинетика взаимодействия фермента с его физиологическими партнёрами была полностью количественно охарактеризована. На основании этих результатов предложен путь переноса электронов, обеспечивающий восстановление O2 в кислой метаболической цепи.