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持続可能な社会を実現する生物電気化学的エネルギー変換系の基盤構築と応用展開

生物电化学能量转换系统基础设施建设及应用开发，实现可持续社会

基本信息

批准号：
20J21308
负责人：
足立大宜
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

生物電気化学的エネルギー変換系は，持続可能な社会に向けた新奇エネルギー変換機構である．本反応系の実用化においては，生体触媒の特性を詳細に解析することが必要である．そこで本年度は，生体触媒の基礎評価と応用展開を目指し，多角的なアプローチから下記の研究を遂行した．【酢酸菌由来アルコール/アルデヒド脱水素酵素による直接電子移動型カスケード反応系】一部の酸化還元酵素は，電極と直接電子授受を行うことで，触媒反応を進行することができる．このような直接電子移動反応は，外来の介在物質を介して電子移動を行う場合と比較してエネルギーロスが少なく，生物電気化学的エネルギー変換系においても望ましい反応様式である．本研究では，酢酸菌由来の呼吸鎖酵素であるアルコール脱水素酵素およびアルデヒド脱水素酵素に注目し，本酵素の直接電子移動反応についての詳細な解析を行った．まず，クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子像解析の結果，両酵素の立体構造を世界で初めて解明した．次に，得られた構造情報を踏まえ，反応場となる電極表面の修飾化合物を最適化することで，直接電子移動特性の向上に成功した．最後に，両酵素反応を組み合わせることで，エタノール→アセトアルデヒド→酢酸という2段階酸化反応を実験的および理論的観点から考察・実証した．本研究成果は，酵素構造が直接電子移動特性向上において有力な手掛かりとなることを意味するのと同時に，天然の呼吸鎖を再現した理想的なエネルギー変換系を構築した点において，非常に価値のある知見である．

Bioelectrical chemistry is a new way of life. It is necessary to analyze in detail the characteristics of the biocatalyst in the application of this reaction system. This year, the basic evaluation and application development of biocatalysts were pointed out, and the research on multi-angle biocatalysts was carried out. A part of the acid-reducing enzyme is a direct electron transfer enzyme. The direct electron transfer reaction is the reaction between the foreign mediator and the electron transfer reaction. In comparison, the direct electron transfer reaction is the reaction between the foreign mediator and the electron transfer reaction. In this study, we focused on the direct electron mobility reaction of the enzyme, which is responsible for the analysis of respiratory lock enzymes derived from acetic acid bacteria. The results of particle image analysis using electron microscope show that the three-dimensional structure of enzymes is the first to be understood. Second, the structural information is obtained, and the electrode surface modification compound is optimized for direct electron mobility. At last, the enzyme reaction system is composed of two parts: one part is the enzyme reaction system, the other part is the enzyme reaction system, the other part is the enzyme reaction system. The results of this study show that the enzyme structure is characterized by direct electron movement upward, strong hand-hanging, and at the same time, the natural respiratory lock is reproduced, and the ideal biological transformation system is constructed.