Investigation of Water Splitting Reaction by a Multicopper Oxidase through X-ray Absorption Nanospectroelectrochemistry

Autor(es)

Sedenho, Graziela C. ; Neckel, Itamar T. ; Colombo, Rafael N. P. ; Pacheco, Jessica C. ; Bertaglia, Thiago ; Crespilho, Frank N.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: ADVANCED ENERGY MATERIALS; v. 12, n. 47, p. 6-pg., 2022-10-17.

Resumo

This study introduces an experimental setup based on X-ray absorption nanospectroelectrochemisty (XA-NSEC) to investigate the water oxidation reaction (WOR) in a copper-containing oxidoreductase enzyme. A 3 GeV fourth-generation synchrotron light source with a high optical demagnification and an X-ray beam with nanometer-scale dimensions is used. This technique is particularly beneficial in bioelectrocatalysis as spatial heterogeneities are usually present in enzyme-modified electrodes. Through XA-NSEC, the WOR catalyzed by a bilirubin oxidase is investigated as a fortuitous side reaction, demonstrating an inverse proton dependence relative to the native catalytic activity in addition to its main reaction. This approach enables the in situ detection of a high-valent copper character of the enzyme active site during the water oxidation bioelectrocatalysis and obtention of thermodynamic parameters. The results allow the understanding of the WOR bioelectrocatalytic mechanism and might promote the subsequent development of bioinspired catalysts, while also providing tools to engineer mutant multicopper oxidases with higher performance toward WOR. (AU)

• Processo FAPESP: 19/15333-1 - Células híbridas bio-foto-eletroquímicas para conversão de energia solar
• Beneficiário: Frank Nelson Crespilho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 20/04796-8 - Estudos in situ e operando de metaloenzimas para conversão de energia e bioeletrossíntese de combustíveis
• Beneficiário: Graziela Cristina Sedenho
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 18/22214-6 - Rumo à convergência de tecnologias: de sensores e biossensores à visualização de informação e aprendizado de máquina para análise de dados em diagnóstico clínico
• Beneficiário: Osvaldo Novais de Oliveira Junior
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 21/05665-7 - Desenvolvimento de superfícies de Van der Waals para aplicação em biodispositivos
• Beneficiário: Rafael Neri Prystaj Colombo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 20/03681-2 - Microbaterias orgânicas: utilizando hidrogéis e moléculas redox bioinspirados
• Beneficiário: Thiago Bertaglia
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 19/12053-8 - Eletrodos de alto desempenho aplicados em baterias orgânicas e em biocélulas a combustível
• Beneficiário: Frank Nelson Crespilho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 20/15098-0 - Bioeletrossíntese de compostos com valor agregado a partir do nitrogênio e dióxido de carbono atmosféricos
• Beneficiário: Jessica Crivelaro Pacheco
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado