TY  - JOUR
A1  - Tang, Jing
A1  - Werchmeister, Rebecka Maria Larsen
A1  - Preda, Loredana
A1  - Huang, Wei
A1  - Zheng, Zhiyong
A1  - Leimkühler, Silke
A1  - Wollenberger, Ulla
A1  - Xiao, Xinxin
A1  - Engelbrekt, Christian
A1  - Ulstrup, Jens
A1  - Zhang, Jingdong
T1  - Three-dimensional sulfite oxidase bioanodes based on graphene functionalized carbon paper for sulfite/O-2 biofuel cells
JF  - ACS catalysis
N2  - We have developed a three-dimensional (3D) graphene electrode suitable for the immobilization of human sulfite oxidase (hSO), which catalyzes the electrochemical oxidation of sulfite via direct electron transfer (DET). The electrode is fabricated by drop-casting graphene-polyethylenimine (G-P) composites on carbon papers (CPs) precoated with graphene oxide (GO). The negatively charged hSO can be adsorbed electrostatically on the positively charged matrix (G-P) on CP electrodes coated with GO (CPG), with a proper orientation for accelerated DET. Notably, further electrochemical reduction of G-P on CPG electrodes leads to a 9-fold increase of the saturation catalytic current density (j(m)) for sulfite oxidation reaching 24.4 +/- 0.3 mu A to cm(-2), the highest value among reported DET-based hSO bioelectrodes. The increased electron transfer rate plays a dominating role in the enhancement of direct enzymatic current because of the improved electric contact of hSO with the electrode, The optimized hSO bioelectrode shows a significant catalytic rate (k(cat): 25.6 +/- 0.3 s(-1)) and efficiency (k(cat)/K-m: 0.231 +/- 0.003 s(-1) mu M-1) compared to the reported hSO bioelectrodes. The assembly of the hSO bioanode and a commercial platinum biocathode allows the construction of sulfite/O-2 enzymatic biofuel cells (EBFCs) with flowing fuels. The optimized EBFC displays an open-circuit voltage (OCV) of 0.64 +/- 0.01 V and a maximum power density of 61 +/- 6 mu W cm(-2) (122 +/- 12 mW m(-3)) at 30 degrees C, which exceeds the best reported value by more than 6 times.
KW  - enzymatic biofuel cell
KW  - reduced graphene oxide
KW  - sulfite oxidase
KW  - carbon paper
KW  - direct electron transfer
Y1  - 2019
U6  - https://doi.org/10.1021/acscatal.9b01715
SN  - 2155-5435
VL  - 9
IS  - 7
SP  - 6543
EP  - 6554
PB  - American Chemical Society
CY  - Washington
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Ogunkola, Moses Olalekan
A1  - Guiraudie-Capraz, Gaelle
A1  - Féron, François
A1  - Leimkühler, Silke
T1  - The Human Mercaptopyruvate Sulfurtransferase TUM1 Is Involved in Moco Biosynthesis, Cytosolic tRNA Thiolation and Cellular Bioenergetics in Human Embryonic Kidney Cells
JF  - Biomolecules
N2  - Sulfur is an important element that is incorporated into many biomolecules in humans. The incorporation and transfer of sulfur into biomolecules is, however, facilitated by a series of different sulfurtransferases. Among these sulfurtransferases is the human mercaptopyruvate sulfurtransferase (MPST) also designated as tRNA thiouridine modification protein (TUM1). The role of the human TUM1 protein has been suggested in a wide range of physiological processes in the cell among which are but not limited to involvement in Molybdenum cofactor (Moco) biosynthesis, cytosolic tRNA thiolation and generation of H2S as signaling molecule both in mitochondria and the cytosol. Previous interaction studies showed that TUM1 interacts with the L-cysteine desulfurase NFS1 and the Molybdenum cofactor biosynthesis protein 3 (MOCS3). Here, we show the roles of TUM1 in human cells using CRISPR/Cas9 genetically modified Human Embryonic Kidney cells. Here, we show that TUM1 is involved in the sulfur transfer for Molybdenum cofactor synthesis and tRNA thiomodification by spectrophotometric measurement of the activity of sulfite oxidase and liquid chromatography quantification of the level of sulfur-modified tRNA. Further, we show that TUM1 has a role in hydrogen sulfide production and cellular bioenergetics.
KW  - Moco biosynthesis
KW  - sulfite oxidase
KW  - cytosolic tRNA thiolation
KW  - 5-methoxycarbonylmethyl-2-thiouridine
KW  - H2S biosynthesis
KW  - cellular bioenergetics
Y1  - 2023
U6  - https://doi.org/10.3390/biom13010144
SN  - 2218-273X
VL  - 13
SP  - 1
EP  - 23
PB  - MDPI
CY  - Basel, Schweiz
ET  - 1
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Ogunkola, Moses Olalekan
A1  - Guiraudie-Capraz, Gaelle
A1  - Féron, François
A1  - Leimkühler, Silke
T1  - The Human Mercaptopyruvate Sulfurtransferase TUM1 Is Involved in Moco Biosynthesis, Cytosolic tRNA Thiolation and Cellular Bioenergetics in Human Embryonic Kidney Cells
T2  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - Sulfur is an important element that is incorporated into many biomolecules in humans. The incorporation and transfer of sulfur into biomolecules is, however, facilitated by a series of different sulfurtransferases. Among these sulfurtransferases is the human mercaptopyruvate sulfurtransferase (MPST) also designated as tRNA thiouridine modification protein (TUM1). The role of the human TUM1 protein has been suggested in a wide range of physiological processes in the cell among which are but not limited to involvement in Molybdenum cofactor (Moco) biosynthesis, cytosolic tRNA thiolation and generation of H2S as signaling molecule both in mitochondria and the cytosol. Previous interaction studies showed that TUM1 interacts with the L-cysteine desulfurase NFS1 and the Molybdenum cofactor biosynthesis protein 3 (MOCS3). Here, we show the roles of TUM1 in human cells using CRISPR/Cas9 genetically modified Human Embryonic Kidney cells. Here, we show that TUM1 is involved in the sulfur transfer for Molybdenum cofactor synthesis and tRNA thiomodification by spectrophotometric measurement of the activity of sulfite oxidase and liquid chromatography quantification of the level of sulfur-modified tRNA. Further, we show that TUM1 has a role in hydrogen sulfide production and cellular bioenergetics.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1307 
KW  - Moco biosynthesis
KW  - sulfite oxidase
KW  - cytosolic tRNA thiolation
KW  - 5-methoxycarbonylmethyl-2-thiouridine
KW  - H2S biosynthesis
KW  - cellular bioenergetics
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-579580
SN  - 1866-8372
IS  - 1307
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ogunkola, Moses
T1  - Role of the tRNA thiouridine modification protein (TUM1) as a sulfurtransferase in humans
T1  - Die Rolle des tRNA-Thiouridin-Modifikationsproteins (TUM1) als Sulfurtransferase beim Menschen
N2  - Sulfur is essential for the functionality of some important biomolecules in humans. Biomolecules like the Iron-sulfur clusters, tRNAs, Molybdenum cofactor, and some vitamins. The trafficking of sulfur involves proteins collectively called sulfurtransferase. Among these are TUM1, MOCS3,  and NFS1.
This research investigated the role of TUM1 for molybdenum cofactor biosynthesis and cytosolic tRNA thiolation in humans. The rhodanese-like protein MOCS3 and the L-cysteine desulfurase (NFS1) have been previously demonstrated to interact with TUM1. These interactions suggested a dual function of TUM1 in sulfur transfer for Moco biosynthesis and cytosolic tRNA thiolation. TUM1 deficiency has been implicated to be responsible for a rare inheritable disorder known as mercaptolactate cysteine disulfiduria (MCDU), which is associated with a mental disorder. This mental disorder is similar to the symptoms of sulfite oxidase deficiency which is characterised by neurological disorders. Therefore, the role of TUM1 as a sulfurtransferase in humans was investigated, in CRISPR/Cas9 generated TUM1 knockout HEK 293T cell lines.
For the first time, TUM1 was implicated in Moco biosynthesis in humans by quantifying the intermediate product cPMP and Moco using HPLC. Comparing the TUM1 knockout cell lines to the wild-type, accumulation and reduction of cPMP and Moco were observed respectively. The effect of TUM1 knockout on the activity of a Moco-dependent enzyme, Sulfite oxidase, was also investigated. Sulfite oxidase is essential for the detoxification of sulfite to sulfate. Sulfite oxidase activity and protein abundance were reduced due to less availability of Moco. This shows that TUM1 is essential for efficient sulfur transfer for Moco biosynthesis. Reduction in cystathionin -lyase in TUM1 knockout cells was quantified, a possible coping mechanism of the cell against sulfite production through cysteine catabolism.
Secondly, the involvement of TUM1 in tRNA thio-modification at the wobble Uridine-34 was reported by quantifying the amount of mcm5s2U and mcm5U via HPLC. The reduction and accumulation of mcm5s2U and mcm5U in TUM1 knockout cells were observed in the nucleoside analysis. Herein, exogenous treatment with NaHS, a hydrogen sulfide donor, rescued the Moco biosynthesis, cytosolic tRNA thiolation, and cell proliferation deficits in TUM1 knockout cells.
Further, TUM1 was shown to impact mitochondria bioenergetics through the measurement of the oxygen consumption rate and extracellular acidification rate (ECAR) via the seahorse cell Mito stress analyzer. Reduction in total ATP production was also measured. This reveals how important TUM1 is for H2S biosynthesis in the mitochondria of HEK 293T.
Finally, the inhibition of NFS1 in HEK 293T and purified NFS1 protein by 2-methylene 3-quinuclidinone was demonstrated via spectrophotometric and radioactivity quantification. Inhibition of NFS1 by MQ further affected the iron-sulfur cluster-dependent enzyme aconitase activity.
N2  - Schwefel ist für die Funktionalität einiger wichtiger Biomoleküle beim Menschen wie die Eisen-Schwefel-Cluster, tRNA, Molybdän-Cofaktoren und einige Vitamine unerlässlich. Am Schwefelverkehr ist eine weit verbreitete Gruppe von Proteinen beteiligt, die als Rhodanese (Sulfurtransferase) bezeichnet wird. Zu dieser Klasse von Enzymen gehören die humanen (Proteine) TUM1, MOCS3 und NFS1.
Es hat sich gezeigt, dass TUM1 mit der L-Cystein-Desulfurase (NFS1) und dem rhodaneseähnlichen Protein MOCS3 interagiert. Diese Wechselwirkungen deuten auf eine Doppelfunktion von TUM1 beim Schwefeltransfer für die Moco-Biosynthese und die zytosolische tRNA-Thiolierung hin. Ein TUM1-Mangel wird für eine seltene vererbbare Störung verantwortlich gemacht, die als Mercaptolactat-Cystein-Disulfidurie (MCDU) bekannt ist und mit geistigen Störungen einhergeht. Diese psychische Störung könnte auf die Symptome des Sulfit-Oxidase-Mangels zurückzuführen sein, der auch durch neurologische Störungen gekennzeichnet ist. In dieser Studie wurde zum ersten Mal die Rolle von TUM1 bei der Biosynthese von Molybdän-Cofaktoren und der zytosolischen tRNA-Thiolierung beim Menschen untersucht. Dies wurde durch die Verwendung von einer zuvor generierten TUM1-Deletion in HEK 293T-Zelllinien unter Verwendung von CRISPR/Cas9 erreicht. 
Hier wurde zum ersten Mal die Funktion von TUM1 in der Moco-Biosynthese im Menschen untersucht, wobei das Zwischenprodukt cPMP und Moco mittels HPLC quantifiziert wurde. Beim Vergleich der TUM1-deletierten-Zelllinien mit dem Wildtyp wurde eine Akkumulation bzw. Reduktion von cPMP und Moco beobachtet. Die Auswirkungen der TUM1-Deletion auf die Aktivität eines Moco-abhängigen Enzyms, der Sulfit-Oxidase, wurden ebenfalls untersucht. Sulfit ist wichtig für die Entgiftung von Sulfit zu Sulfat. Die Aktivität der Sulfit-Oxidase und die Proteinquantität waren aufgrund der geringeren Verfügbarkeit von Moco reduziert. Dies zeigt, dass TUM1 für einen effizienten Schwefeltransfer für die Moco-Biosynthese wichtig ist. Wir berichteten auch über die Verringerung der Cystathionin -Lyase in TUM1-deletierten-Zellen, ein möglicher Bewältigungsmechanismus der Zelle gegen die Sulfitproduktion. 
Zweitens wurde die Beteiligung von TUM1 an der tRNA-ThioModifikation am Wobble Uridin-34 durch Quantifizierung der Menge an mcm5s2U und mcm5U mittels HPLC untersucht. Es wurde eine Reduktion bzw. Akkumulation von mcm5s2U und mcm5U in TUM1-Knockout-Zellen beobachtet. Die exogene Behandlung mit NaHS, einem Schwefelwasserstoff-Donor, rettete die Moco-Biosynthese, die zytosolische tRNA-Thiolation und das Defizit der Zellproliferation in TUM1-deletion-Zellen.
Darüber hinaus wurde gezeigt, dass TUM1 die Bioenergetik der Mitochondrien beeinflusst, indem die Sauerstoffverbrauchsrate und die extrazelluläre Versauerungsrate (ECAR) über den Seahorse XF Analyzer gemessen wurden. Eine Verringerung der gesamten ATP-Produktion war ebenfalls erkennbar. Dies zeigt, wie wichtig TUM1 für die H2S-Biosynthese in den Mitochondrien von HEK 293T ist.
Schließlich wurde die Hemmung von NFS1 in HEK 293T und gereinigtem NFS1-Protein durch 2-Methylen-3-chinuclidinon mittels spektrophotometrischer und radioaktiver Quantifizierung nachgewiesen. Die Hemmung von NFS1 durch 2-Methylen-3-chinuclidinon verringerte die Aktivität des von Eisen-Schwefel-Clustern abhängigen Enzyms Aconitase in HEK 293T.
KW  - Moco biosynthesis
KW  - sulfite oxidase
KW  - cytosolic tRNA thiolation
KW  - 5-methoxycarbonylmethyl-2-thiouridine
KW  - H2S biosynthesis
KW  - cellular bioenergetics
KW  - Moco-Biosynthese
KW  - Sulfit-Oxidase
KW  - zytosolische tRNA-Thiolierung
KW  - 5-Methoxycarbonylmethyl-2-Thiouridin
KW  - H2S-Biosynthese
KW  - zelluläre Bioenergetik
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-611357
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Spricigo, Roberto
A1  - Dronov, Roman
A1  - Lisdat, Fred
A1  - Leimkühler, Silke
A1  - Scheller, Frieder W.
A1  - Wollenberger, Ursula
T1  - Electrocatalytic sulfite biosensor with human sulfite oxidase co-immobilized with cytochrome c in a polyelectrolyte-containing multilayer
T2  - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - An efficient electrocatalytic biosensor for sulfite detection was developed by co-immobilizing sulfite oxidase and cytochrome c with polyaniline sulfonic acid in a layer-by-layer assembly. QCM, UV-Vis spectroscopy and cyclic voltammetry revealed increasing loading of electrochemically active protein with the formation of multilayers. The sensor operates reagentless at low working potential. A catalytic oxidation current was detected in the presence of sulfite at the modified gold electrode, polarized at +0.1 V ( vs. Ag/AgCl 1 M KCl). The stability of the biosensor performance was characterized and optimized. A 17-bilayer electrode has a linear range between 1 and 60 mu M sulfite with a sensitivity of 2.19 mA M-1 sulfite and a response time of 2 min. The electrode retained a stable response for 3 days with a serial reproducibility of 3.8% and lost 20% of sensitivity after 5 days of operation. It is possible to store the sensor in a dry state for more than 2 months. The multilayer electrode was used for determination of sulfite in unspiked and spiked samples of red and white wine. The recovery and the specificity of the signals were evaluated for each sample.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 945 
KW  - bioelectrocatalysis
KW  - sulfite
KW  - sulfite oxidase
KW  - cytochrome c
KW  - multilayer
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-431176
SN  - 1866-8372
IS  - 945
SP  - 225
EP  - 233
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frasca, Stefano
T1  - Biocatalysis on nanostructured surfaces : investigation and application of redox proteins using spectro-electrochemical methods
T1  - Biokatalyse auf nanostrukturierten Oberflächen : Untersuchung und Anwendung von Redox-Proteinen unter Verwendung von Spektro-Elektrochemischen Verfahren
N2  - In this thesis, different aspects within the research field of protein spectro- and electro-chemistry on nanostructured materials are addressed. On the one hand, this work is related to the investigation of nanostructured transparent and conductive metal oxides as platform for the immobilization of electroactive enzymes. On the other hand the second part of this work is related to the immobilization of sulfite oxidase on gold nanoparticles modified electrode. Finally direct and mediated spectroelectrochemistry protein with high structure complexity such as the xanthine dehydrogenase from Rhodobacter capsulatus and its high homologues the mouse aldehyde oxidase homolog 1. Stable immobilization and reversible electrochemistry of cytochrome c in a transparent and conductive tin-doped and tin-rich indium oxide film with a well-defined mesoporosity is reported. The transparency and good conductivity, in combination with the large surface area of these materials, allow the incorporation of a high amount of electroactive biomolecules (between 250 and 2500 pmol cm-2) and their electrochemical and spectroscopic investigation. Both, the electrochemical behavior and the immobilization of proteins are influenced by the geometric parameters of the porous material, such as the structure and pore shape, the surface chemistry, as well as the protein size and charge. UV-Vis and resonance Raman spectroscopy, in combination with direct protein voltammetry, are employed for the characterization of cytochrome c immobilized in the mesoporous indium tin oxide and reveal no perturbation of the structural integrity of the redox protein. A long term protein immobilization is reached using these unmodified mesoporous indium oxide based materials, i.e. more than two weeks even at high ionic strength. The potential of this modified material as an amperometric biosensor for the detection of superoxide anions is demonstrated. A sensitivity of about 100 A M-1 m-2, in a linear measuring range of the superoxide concentration between 0.13 and 0.67 μM, is estimated. In addition an electrochemical switchable protein-based optical device is designed with the core part composed of cytochrome c immobilized on a mesoporous indium tin oxide film. A color developing redox sensitive dye is used as switchable component of the system. The cytochrome c-catalyzed oxidation of the dye by hydrogen peroxide is spectroscopically investigated. When the dye is co-immobilized with the protein, its redox state is easily controlled by application of an electrical potential at the supporting material. This enables to electrochemical reset the system to the initial state and repetitive signal generation. The case of negative charged proteins, which does not have a good interaction with the negative charged indium oxide based films, is also explored. The modification of an indium tin oxide film with a positive charged polymer and the employment of a antimony doped tin oxide film were investigated in this work in order to overcome the repulsion induced by similar charges of the protein and electrode. Human sulfite oxidase and its separated heme-containing domain are able to direct exchange electrons with the supporting material. A study of a new approach for sulfite biosensing, based on enhanced direct electron transfer of a human sulfite oxidase immobilized on a gold nanoparticles modified electrode is reported. The spherical gold nanoparticles were prepared via a novel method by reduction of HAuCl4 with branched poly(ethyleneimine) in an ionic liquid resulting in particles of about 10 nm in hydrodynamic diameter. These nanoparticles were covalently attached to a mercaptoundecanoic acid modified Au-electrode and act as platform where human sulfite oxidase is adsorbed. An enhanced interfacial electron transfer and electrocatalysis is therefore achieved. UV-Vis and resonance Raman spectroscopy, in combination with direct protein voltammetry, were employed for the characterization of the system and reveal no perturbation of the structural integrity of the redox protein. The proposed biosensor exhibited a quick steady-state current response, within 2 s and a linear detection range between 0.5 and 5.4 μM with high sensitivity (1.85 nA μM-1). The investigated system provides remarkable advantages, since it works at low applied potential and at very high ionic strength. Therefore these properties could make the proposed system useful in the development of bioelectronic devices and its application in real samples. Finally protein with high structure complexity such as the xanthine dehydrogenase from Rhodobacter capsulatus and the mouse aldehyde oxidase homolog 1 were spectroelectrochemically studied. It could be demonstrated that different cofactors present in the protein structure, like the FAD and the molybdenum cofactor, are able to directly exchange electrons with an electrode and are displayed as a single peak in a square wave voltammogram. Protein mutants bearing a serine substituted to the cysteines, bounding to the most exposed iron sulfur cluster additionally showed direct electron transfer which can be attributable to this cluster. On the other hand a mediated spectroelectrochemical titration of the protein bound FAD cofactor was performed in presence of transparent iron and cobalt complex mediators. The results showed the formation of the stable semiquinone and the fully reduced flavin. Two formal potentials for each single electron exchange step were then determined.
N2  - In dieser Arbeit werden verschiedenen Aspekte im Forschungsfeld der Protein-Spekro- und Elektro-Chemie an nanostrukturierte Materialien behandelt. Zum einen werden in dieser Arbeit nanostrukturierte, transparente und leitfähige Metalloxide als Basis für die Immobilisierung von elektroaktiven Enzym untersucht. Des Weiteren behandelt diese Arbeit die Immobilisierung von humaner Sulfitoxidase auf einer Gold-Nanopartikel-modifizierten Elektrode. Schließlich wird die direkte und die vermittelte Elektrochemie von Xanthindehydrogenase aus Rhodobacter capsulatus und Aldehydoxidase Homolog 1, aus Mause, vorgestellt. Im ersten Teil der Arbeit wird über die stabile Immobilisierung und reversible Elektrochemie von Cytochrom c in einem transparenten und leitfähigen Zinn-dotierten und Zinn-reichen Indiumoxid Film mit einer gut definierten Mesoporosität berichtet. Die Transparenz und gute Leitfähigkeit in Kombination mit der großen Oberfläche dieser Materialien erlauben die Inkorporation einer große Menge elektroaktiver Biomoleküle (zwischen 250 und 2500 pmol cm-2) und deren elektrochemische und spektroskopische Untersuchung. Das elektrochemische Verhalten und die Proteinimmobilisierung sind durch die geometrischen Parameter des porösen Materials, wie die Struktur und Porenform, die Oberflächenchemie, sowie die Größe und Ladung des Proteins beeinflusst. UV-Vis und Resonanz-Raman-Spektroskopie in Kombination mit direkter Protein-Voltammetrie werden für die Charakterisierung von Cytochrom c eingesetzt und zeigen keine Störung der strukturellen Integrität des Redox-Proteins durch die Immobilisierung. Eine langfristige Immobilisierung des Proteins von mehr als zwei Wochen auch bei hoher Ionenstärke wurde unter Verwendung dieser unmodifizierten mesoporösen Indiumoxid-basierten Materialien erreicht. Das Potential dieses modifizierten Materials für die Verwendung in einem amperometrischen Biosensor zum Nachweis von Superoxid-Anionen wurde aufgezeigt. Es wurde eine Empfindlichkeit von etwa 100 A M-1 m-2, in einem linearen Messbereich der Superoxidkonzentration zwischen 0,13 und 0,67 µM, erreicht. Außerdem wurde ein elektrochemisch umschaltbares Protein-basiertes optisches Gerät konzipiert mit Cytochrom c und der mesoporösen Indiumzinnoxidschicht. Ein redox-sensitiver Farbstoff wurde als schaltbare Komponente des Systems verwendet. Die Cytochrom c Oxidation des Farbstoffs durch Wasserstoffperoxid wurde spektroskopisch untersucht. Der Redox-Zustand des Farbstoffs, co-immobilisiert mit dem Protein, ist leicht durch das Anlegen eines elektrischen Potentials an das Trägermaterial kontrollierbar. Dadurch wird die elektrochemische Zurücksetzung des Systems auf den Anfangszustand und eine repetitive Signalerzeugung ermöglicht. Für negativ geladene Proteine, die keine gute Interaktion mit dem negativ geladenen Indiumoxid-basierten Film zeigen wurden die Modifikation der Indiumzinnoxidschicht mit einem positiv geladenen Polymer sowie die Verwendung eines Antimon-dotierten Zinnoxid Films vorgeschlagen. Dadurch konnte die Abstoßung induziert durch die ähnliche Ladung des Proteins und der Elektrode überwunden werden. Es gelang für die humane Sulfit-Oxidase und die separate Häm-haltige Domäne der Austausch von Elektronen mit dem Trägermaterial. Im zweiten Teil der Arbeit wird über eine neue Methode für die Biosensorik von Sulfit berichtet, bei der direkte Elektronentransfer von humaner Sulfitoxidase immobilisierten auf einer mit Gold-Nanopartikeln modifizierten Elektrode verstärkt wurde. Die sphärischen Gold-Nanopartikeln, von etwa 10 nm im Durchmesser, wurden über eine neue Methode durch Reduktion von HAuCl4 mit verzweigtem Polyethylenimin in einer ionischen Flüssigkeit synthetisiert. Diese Nanopartikel wurden kovalent an eine mit Mercaptoundecansäure modifizierten Gold-Elektrode immobilisiert und dienen als Basis für die Adsorption von Sulfitoxidase adsorbiert wurde. Dadurch wurde ein schneller heterogener Elektronen-Transfer und verbesserte Elektrokatalyse erreicht. Für die Charakterisierung des verwendeten Systems eingesetzt wurden UV-Vis und Resonanz-Raman-Spektroskopie in Kombination mit direkter Protein-Voltammetrie. Es wurde keine Störung der strukturellen Integrität des Redox-Proteins beobachtet. Der vorgeschlagene Biosensor zeigte eine schnelle steady-state Stromantwort innerhalb von 2 s, eine lineare Detektion im Bereich zwischen 0,5 und 5,4 µM Sulfit mit einer hohen Empfindlichkeit (1,85 nA µM-1). Das untersuchte System bietet bemerkenswerte Vorteile da es ermöglicht bei niedriger angelegter Spannung und bei sehr hoher Ionenstärke zu arbeiten. Aufgrund dieser Eigenschaften hat das vorgeschlagene System großes Potential für die Entwicklung von bioelektronischen Geräten und der Anwendung in realen Proben. Schließlich werden im letzten Teil der Arbeit die komplexeren Enzymen Xanthindehydrogenase aus Rhodobacter capsulatus und Maus Aldehydoxidase Homolog 1 spektro- und elektrochemisch untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass verschiedene Kofaktoren in der Proteinstruktur, wie FAD und der Molybdän Kofaktor direkt Elektronen mit einer Elektrode austauschen können, was durch einzelne Peaks im Square Wave Voltammogramm angezeigt wird. Es konnte eine zusätzliche redoxaktive Gruppe mit direktem Elektronen-Transfer nach Austausch eines Cysteins durch Serin am exponierten Eisen-Schwefel-Cluster gezeigt werden. Außerdem wurde eine vermittelte spektroelektrochemische Titration des FAD-Kofaktors in Anwesenheit von Mediatoren der Klasse der Eisen und Kobalt-Komplexe durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass FAD in R. capsulatus XDH zu einem stabilen Semichinone reduziert werden kann. Es gelang die formalen Potentiale für die zwei einzigen Elektrontransferprozesse zu bestimmen.
KW  - Protein Spektroelektrochemie
KW  - nanostrukturierte Materialien
KW  - Sulfitoxidase
KW  - Xanthindehydrogenase
KW  - Biosensor
KW  - Protein spectroelectrochemistry
KW  - nanostructured materials
KW  - sulfite oxidase
KW  - xanthine dehydrogenase
KW  - biosensor
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-58131
ER  -