高原子価金属多核構造の構築と触媒特性の制御

• Project/Area Number: 18J00191
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Inorganic chemistry
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 湊 拓生 九州大学, 工学研究院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: シアノバクテリア / フィコシアニン / ポリオキソメタレート / ヒドロゲナーゼ / 水素酸化 / 金属タンパク質 / 熱安定性 / 水素 / 触媒

Outline of Annual Research Achievements

本研究では金属多核構造活性中心の触媒反応メカニズムにおいて重要な高原子価中間体の構造と酸化還元過程を解明し、優れた触媒の設計と開発に反映することを目的として「高原子価金属多核構造の構築と触媒特性の制御」を行った。
光合成における光捕集は、光エネルギーを化学エネルギーに変換するために極めて重要な最初のステップである。したがって、光捕集機能を担う複合体やタンパク質の構造を解明することはエネルギー伝達の仕組みを解明することや、人工光合成システム構築のために重要である。これまでに、好熱性シアノバクテリアThermoleptolyngbya sp. O-77 (O-77)から光化学系II (PSII)を単離し、O-77由来PSIIが高い熱安定性を有していることを明らかにしてきた。そこで、O-77から光捕集アンテナタンパク質複合体フィコビリソーム中の青色色素タンパク質フィコシアニン (CPC)を新規に単離した。単結晶X線構造解析および低温電子顕微鏡観察を行った結果、従来の6量体に加えて新規な多量体構造が共存していることを初めて明らかにした。これまでに報告されているフィコビリソーム中の色素タンパク質は全てαサブユニット3つとβサブユニット3つからなるリング状αβ三量体構造であったが、本研究で得られた新規多量体構造はこれまでの常識を覆す結果となった。超遠心分析より通常観測されない多量体状態が観測され、特異な多量体構造のCPCへとアセンブリーするための鍵構造であることが示唆された。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Biochemical and structural characterization of a thermostable Dps protein with His‐type ferroxidase centers and outer metal‐binding sites (2020)
  • Author(s): Minato Takuo、Teramoto Takamasa、Kakuta Yoshimitsu、Ogo Seiji、Yoon Ki‐Seok
  • Journal Title: FEBS Open Bio Volume: - Issue: 7 Pages: 1219-1229
  • DOI: 10.1002/2211-5463.12837
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Homogeneous catalytic reduction of polyoxometalate by hydrogen gas with a hydrogenase model complex (2019)
  • Author(s): Minato Takuo、Matsumoto Takahiro、Ogo Seiji
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 9 Issue: 34 Pages: 19518-19522
  • DOI: 10.1039/c9ra04396a
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hexavacant γ-Dawson-type phosphotungstates supporting an edge-sharing bis(square-pyramidal) {O2M(μ3-O)2(μ-OAc)MO2} core (M = Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, or Zn2+) (2019)
  • Author(s): Suzuki Kosuke、Minato Takuo、Tominaga Naoto、Okumo Ichiro、Yonesato Kentaro、Mizuno Noritaka、Yamaguchi Kazuya
  • Journal Title: Dalton Transactions Volume: 印刷中 Issue: 21 Pages: 7281-7289
  • DOI: 10.1039/c8dt04850a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Exploring orientationally aligned anisotropic large spin molecules with unusual long-distance intermolecular ferromagnetic interactions (2019)
  • Author(s): Takuo Minato, Yusuke Ohata, Kazuyuki Ishii, Kazuya Yamaguchi, Noritaka Mizuno, Kosuke Suzuki
  • Journal Title: J. Mat. Chem. C Volume: 7 Issue: 41 Pages: 12918-12925
  • DOI: 10.1039/c9tc00740g
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Heteroatoms on Field-Induced Slow Magnetic Relaxation of Mononuclear FeIII (S = 5/2) Ions within Polyoxometalates (2018)
  • Author(s): Minato Takuo、Aravena Daniel、Ruiz Eliseo、Yamaguchi Kazuya、Mizuno Noritaka、Suzuki Kosuke
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Volume: 57 Issue: 12 Pages: 6957-6964
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b00644
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Hydrogenase model systems with a [NiRu] complex and redox active mediators (2020)
  • Author(s): 湊拓生
  • Organizer: I2CNER International Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Homogeneous catalytic reduction of Dawson-type polyoxometalate by H2 with a hydrogenase model complex (2020)
  • Author(s): 湊拓生
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 博士号を取得して広がる世界 (2019)
  • Author(s): 湊拓生
  • Organizer: 第9回CSJ化学フェスタ2019
  • Invited
• [Presentation] Automated Synthesis of Hetero-Multinuclear Metal Clusters by Robot Platform and Discovery of New Single-Molecule Magnets (2019)
  • Author(s): Takuo Minato
  • Organizer: The 99th Chemical Society of Japan Annual Meeting
• [Presentation] Sequential Syntheses of Multinuclear Metal Oxo Clusters and Control of Magnetic Properties Using Lacunary Polyoxometalates (2018)
  • Author(s): Takuo Minato
  • Organizer: Gordon Research Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Trivacant Lacunary Polyoxometalate Alkoxides (2018)
  • Author(s): Takuo Minato
  • Organizer: The 43rd International Conference on Coordination Chemistry
  • Int'l Joint Research