Molecular Interactions between an Enzyme and Its Inhibitor for Selective Detection of Limonene

化学 乙酰胆碱酯酶 柠檬烯 检出限 神经毒剂 乙酰胆碱 水解 生物化学 生物物理学 色谱法 药理学 生物 医学 精油
作者
Tatsuro Saito,Yasutaka Nishida,Miyuki Tabata,Atsunobu Isobayashi,Hideyuki Tomizawa,Yuji Miyahara,Yoshiaki Sugizaki
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:94 (21): 7692-7702 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.2c01110
摘要

Researchers widely apply enzyme inhibition to chemicals such as pesticides, nerve gases, and anti-Alzheimer's drugs. However, application of enzyme inhibition to odorant sensors is less common because the corresponding reaction mechanisms have not yet been clarified in detail. In this study, we propose a new strategy for highly selective detection of odorant molecules by using an inhibitor-specific enzyme. As an example, we analyzed the selective interactions between acetylcholinesterase (AChE) and limonene─the major odorant of citrus and an AChE inhibitor─using molecular dynamics simulations. In these simulations, limonene was found to be captured at specific binding sites of AChE by modifying the binding site of acetylcholine (ACh), which induced inhibition of the catalytic activity of AChE toward ACh hydrolysis. We confirmed the simulation results by experiments using an ion-sensitive field-effect transistor, and the degree of inhibition of ACh hydrolysis depended on the limonene concentration. Accordingly, we quantitatively detected limonene at a detection limit of 5.7 μM. We furthermore distinguished the response signals to limonene from those to other odorants, such as pinene and perillic acid. Researchers will use our proposed odorant detection method for other odorant-enzyme combinations and applications of miniaturized odorant-sensing systems based on rapid testing.
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