Confined enzyme reaction systems mimicking carbon-fixation strategy of cell organelles
| Project/Area Number |
20H02543
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
吉本 誠 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (80322246)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,030,000 (Direct Cost: ¥13,100,000、Indirect Cost: ¥3,930,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
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| Keywords | 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 |
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| Outline of Research at the Start |
生物系では，二酸化炭素を炭素源として，常温・常圧下において生命活動に欠かせない有機物を合成する反応が高効率に行われている。本課題では，異なる種類の酵素の活動により実現している上述の反応系を，脂質分子がつくる細胞小器官スケールのベシクルに構築するための研究を行う。また，このベシクル型触媒を実用的なものとするために，触媒を回収して再利用する技術や触媒の機能を効果的に引き出すことができる化学反応装置の開発に関する研究を合わせて行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(23 results)
