Confined enzyme reaction systems mimicking carbon-fixation strategy of cell organelles

模拟细胞器固碳策略的限制酶反应系统

• 批准号: 20H02543
• 负责人: 吉本 誠
• 金额: $ 10.9万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02543/
• 关键词: 炭素固定反応; バイオリアクター; 気泡塔; 固定化酵素; オキサロ酢酸; 酵素反応; 脂質ベシクル; 炭素固定; 気泡塔バイオリアクター

令和４年度は，本課題の遂行過程で見出した，ポリスチレン粒子粗表面に結合させたホスフォエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（PEPC）が気液二相流中において安定に機能発現する現象を利用した炭素固定バイオリアクターの開発を行った。具体的な成果を示す。（１）ポリスチレン粒子とPEPCの相互作用：カルボキシ基をもつポリスチレン粒子表層へのPEPCの物理吸着は低レベルであることを明らかにした。また，ポリスチレン粒子へのPEPCの共有結合性や結合効率について，粒子の酵素活性や未結合酵素の定量等の手法により多角的に検討して，固定化PEPC粒子が炭素固定反応系への適用に十分な酵素活性をもつことを明らかにした。（２）気液二相流中における遊離PEPCの特徴：気液二相流中における遊離PEPCの安定性について，形状が異なる外部循環式エアリフト型気泡塔や通気ガス中の二酸化炭素濃度，反応時間の影響等を検討した。その結果，遊離PEPCは，気泡塔において，炭素固定活性をほぼ発現しないことを明確にした。これらに基づき，PEPCをポリスチレン粒子へ固定化すると，本酵素反応の安定性が著しく向上することを示した。さらに，リポソームに結合させた炭酸脱水酵素が，遊離酵素に比べて気液二相流中において高い安定性を発現する現象について，気泡塔操作条件の効果を明らかにした。（３）二酸化炭素含有ガスを通気した気泡塔による炭素固定操作：固定化PEPC粒子を懸濁させた気泡塔に二酸化炭素を通気して，種々の条件下においてホスフォエノールピルビン酸への炭素付加によるオキサロ酢酸生成反応を行った。酵素を固定化していない粒子は，触媒活性を発現しなかった。一方，固定化PEPC粒子は，気泡塔における繰り返し反応操作において活性を発現した。また，攪拌槽型反応器を用いた反応操作を行い，固定化PEPC活性に及ぼす反応装置形状の影響を明らかにした。

In the fourth year of this year, the implementation process of this project has been shown to utilize the phenomenon of carbon fixation in the development of stable function in the two-phase flow of gas and liquid. Specific results are shown. (1) The interaction between particles and PEPC: the physical adsorption of PEPC on the surface layer of particles In addition, the common binding efficiency of PEPC particles, enzyme activity of particles and quantification of unbound enzymes are discussed in detail. Immobilized PEPC particles are suitable for carbon immobilized reaction systems. (2) Characteristics of free PEPC in gas-liquid two-phase flow: stability of free PEPC in gas-liquid two-phase flow, different shapes, external circulation type, carbon concentration of diacid in gas flow, influence of reaction time, etc. are discussed. As a result, free PEPC and carbon fixation activity were clearly identified. The stability of this enzyme is remarkable. In addition, the phenomenon of high stability in two-phase flow of hydrocarbon solution due to the combination of hydrocarbon dehydration enzyme and free enzyme is also discussed. (3) Carbon fixation operation: Immobilized PEPC particles suspended in the bubble column; carbon fixation operation: immobilized PEPC particles suspended in the bubble column; carbon fixation operation: immobilized PEPC particles suspended in the bubble column Immobilization of enzymes in the particles, catalyst activity On the other hand, the immobilized PEPC particles are active in the bubble column. In addition, the effect of the shape of the agitator on the activity of the immobilized PEPC and the use of the agitator in the reverse operation is also discussed.

项目成果

Effects of temperature and superficial gas velocity on the stability of pre- and post-PEGylated liposomes in a bubble column

温度和表观气速对泡罩柱中聚乙二醇化前后脂质体稳定性的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Makoto Yoshimoto;Masataka Iwasaki
• 通讯作者: Masataka Iwasaki

プロテアーゼを共有結合させた脂質ベシクルの調製に及ぼす反応条件の影響

反应条件对共价连接蛋白酶的脂质囊泡制备的影响。

• 发表时间: 2020
• 作者: 永易佑都，吉本誠

スイス連邦工科大学 (ETH-Zurich)(スイス)

瑞士联邦理工学院（ETH-Zurich）（瑞士）

ゲル粒子に包括させた炭酸脱水酵素－リポソーム複合体の特性と連続反応器への応用

凝胶颗粒封装碳酸酐酶-脂质体复合物的特性及其在连续反应器中的应用

• 发表时间: 2020
• 作者: 森山純吏，吉本誠

Immobilized Phosphoenolpyruvate Carboxylase Beads for Catalytic Carboxylation in Carbon Dioxide-Containing Gas－Liquid Flow

固定化磷酸烯醇丙酮酸羧化酶珠在含二氧化碳气液流中催化羧化

• DOI: 10.1021/acs.iecr.3c00715
• 发表时间: 2023
• 期刊: Ind. Eng. Chem. Res.
• 影响因子: 4.2
• 作者: Kojima Yusuke;Okuzaki Yuya;Nishijima Ken-ichi;Moriwaki Shuichiro;Asai Seiya;Kaneoka Hidenori;Iijima Shinji;庄司衛太，齋藤大河，琵琶哲志，久保正樹，塚田隆夫，笘居高明，阿尻雅文;Fumiya Tanaka and Makoto Yoshimoto
• 通讯作者: Fumiya Tanaka and Makoto Yoshimoto