Контроль ориентации окислительно-восстановительных ферментов на плоских электродах

Окислительно-восстановительные ферменты, катализирующие реакции, связанные с переносом электронов в живых организмах, являются весьма перспективными компонентами биотехнологических устройств и могут использоваться как в сенсорных приложениях, так и для преобразования энергии. В этом контексте одной из наиболее значимых задач является достижение эффективного прямого переноса электронов посредством туннелирования между ферментами и проводящими поверхностями. На основе различных примеров биоэлектрохимических исследований, представленных в современной литературе, в этом обзоре рассматривается иммобилизация ферментов на границах раздела с плоскими электродами. Три основных направления анализа включают принципиальную важность контроля ориентации ферментов, способы получения такой ориентации и методы ее экспериментальной или модельной проверки. Поскольку окислительно-восстановительные ферменты представляют собой крупные белки с анизотропными свойствами, их функциональная иммобилизация требует специфической и контролируемой ориентации на поверхности электрода. Описаны все факторы, зависящие от этой ориентации, — от электронной проводимости до эффективности подвода субстрата. Рассматриваются особенности молекулы фермента, свойства поверхности и дипольный момент, которые, в свою очередь, влияют на ориентацию. Далее описываются различные способы обеспечения функциональной иммобилизации путем настройки как фермента, так и поверхности электрода. Наконец, в обзоре рассматриваются аналитические методы, позволившие охарактеризовать и количественно оценить успешность достижения требуемой ориентации. Освещается значительный вклад электрохимии, спектроскопии, особенно инфракрасной спектроскопии, моделирования и микроскопии, а также их ограничения.