Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
本研究では酵素燃料電池に特化した解糖系である「超越解糖系」の構築を目指す．通常の解糖系ではグルコースはピルビン酸までにしか分解されないが，「超越解糖系」ではグルコースを二酸化炭素と酢酸にまで酸化分解させる．それにより，グルコースに含まれる化学エネルギーをできるだけ多くの電気エネルギーに直接変換可能にする．最終的には「超越解糖系」を組み込んだこれまでにない高性能な酵素燃料電池の開発を行う．
生命は摂取した有機物を代謝しながら非常に効率よくエネルギーを生み出している。この過程を模倣して有機物から電気エネルギーを取り出すのが酵素燃料電池である。酵素燃料電池が普及しない理由は現状の酵素燃料電池は燃料を1段階酸化したのみで生じた酸化物を捨ててしまっているためである。生命並みの効率でエネルギーを取り出すのであれば、代謝経路のように燃料を多段階の酵素反応で無駄なく酸化していく必要がある。そこで、本研究課題では酵素燃料電池に特化した人工的な解糖系である「超越解糖系」を構築することを目的とした。2023年度は2022年度に引き続き、超越解糖系に必要な酵素群の大量調製を行い、実際にそれらを用いて超越解糖系の構築を行った。前年度までに系の中で使用する1種の脱水酵素と1種のアルドラーゼの反応速度が遅いことが明らかになっていたので、新たなアルドラーゼ、脱水酵素それぞの大量調製を行った。次に、これら酵素を用いて超越解糖系の構築を試みた。その際、それぞれの酵素の回転数が異なるため、系に添加する酵素のモル比などの検討を行った。その結果、超越解糖系を用いてグルコースの多段階酸化を行うことに成功した。これにより、通常は1段階の酸化反応でグルコースから2電子しか得ることしかできないところ、グルコースから10電子以上得られるようになった。よって、本成果は酵素燃料電池の実用化に大きく寄与することが考えられる。また、前年度までに液-液相分離を用いて酵素を集合させることに成功していたが、今年度は本手法が酵素連続反応において有効であることを明らかにした。本成果も上述の成果同様、酵素燃料電池の実用化に大きく寄与すると考えられる。
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2023 2022
All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results, Open Access: 4 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 4 results)
Biosensors and Bioelectronics
Volume: 238 Pages: 115555-115555
10.1016/j.bios.2023.115555
Scientific Reports
Volume: 13 Issue: 1 Pages: 14381-14381
10.1038/s41598-023-41789-9
Soft Matter
Volume: 19 Issue: 25 Pages: 4642-4650
10.1039/d2sm01422j
Sci. Rep.
Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1435-1435
10.1038/s41598-023-28040-1
Sensors and Materials
Volume: 34 Issue: 8 Pages: 3133
10.18494/SAM3894
Volume: 12 Issue: 1 Pages: 14649-14656
10.1038/s41598-022-19052-4
