2015 Fiscal Year Research-status Report
白金性能を超える新規[NiFe]ヒドロゲナーゼの電子伝達機構の解明
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15K05566
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
尹 基石 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 准教授 (50701497)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ヒドロゲナーゼ / 水素酸化活性 / 酸素安定性 / 生化学的な特性 / 電子伝達 / ゲノム解析 / タンパク質結晶構造解析 / 水素燃料電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒドロゲナーゼは、水素酸化及び水素発生反応を行うことができる金属酵素であり、その優れた機能を水素利用技術へと応用する研究が大変注目されている。しかし、ヒドロゲナーゼは酸素暴露後に失活するという問題点がある。我々は今まで、「酸素耐性」を示す新規ヒドロゲナーゼの探索と、その生化学的な特性とタンパク質結晶構造解析を行っている。実際、阿蘇くじゅう国立公園から通性嫌気性細菌Citrobacter sp. strain S-77株を単離した。本新規細菌S-77株から「高水素酸化活性と高酸素安定性」の両特性を併せ持つ新規「NiFe」ヒドロゲナーゼ（[NiFe]S77）を細胞膜から精製し、その生化学的な特性解析を行った。また、その精製酵素を用いた固体高分子型水素燃料電池(PEFC)の創製を行い、水素酸化反応において本酵素が白金を遥かに超える優れた触媒性能を示すことを世界で初めて実証した。現在、我々は本S-77株の全ゲノムの解析（約5.2 Mbp）に成功し、本細菌には二種類の異なった酸素安定性「NiFe」ヒドロゲナーゼの存在を確認している。ゲノム解析の結果によって、本新規[NiFe]S77には既存のヒドロゲナーゼとは異なる鉄硫黄クラスターの存在が予測されることから、その詳細な構造と機能の解析を行っている。これまでの研究結果から、「NiFe」ヒドロゲナーゼの酸素安定性には電子伝達機能を示す小サブユニットが重要な役割をしていると考えられる。現在、ゲノム解析から得られた遺伝子配列から、ヒドロゲナーゼの水素活性化と酸素耐性について分子系統解析も行っている。本研究においては、平成２９年度以後の研究計画であった [NiFe]S77のタンパク質結晶化にも成功し、その詳細なX－線結晶構造解析を進行している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究においては、平成２９年度以後の研究計画であった [NiFe]S77のタンパク質結晶化を成功した。現在、その詳細なX－線結晶構造解析にも挑んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究結果では、ヒドロゲナーゼの完全な４量体複合体酵素の精製は非常に困難であると思われる。そこで、今後ヒドロゲナーゼの電子受容体（HybBとHydA）のみを単離精製したい。また、平成２９年度以後の研究計画であった [NiFe]S77の詳細なタンパク質X－線結晶構造解析にも挑みたい。
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[Journal Article] Structural Differences of Oxidized Iron-Sulfur and Nickel-Iron Cofactors in O2-Tolerant and O2-Sensitive Hydrogenases Studied by X-ray Absorption Spectroscopy2015
Author(s)
Sigfridsson, Kajsa G. V.; Leidel, Nils; Sanganas, Oliver; Chernev, Petko; Lenz, Oliver; Yoon, Ki-Seok; Nishihara, Hirofumi; Parkin, Alison; Armstrong, Fraser A.; Dementin, Sébastien; Rousset, Marc; L. De Lacey, Antonio; Haumann, Michael
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Journal Title
Biochim. Biophys. Acta
Volume: 1847
Pages: 162-170
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Crystallization and Preliminary X-ray Analysis of the NAD+-Reducing [NiFe] Hydrogenase from Hydrogenophilus Thermoluteolus TH-12015
Author(s)
Taketa, Midori; Nakagawa, Hanae; Habukawa, Mao; Osuka, Hisao; Kihira, Kiyohito; Komori, Hirofumi; Shibata, Naoki; Ishii, Masaharu; Igarashi, Yasuo; Nishihara, Hirofumi; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji; Shomura, Yasuhito; Higuchi, Yoshiki
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Journal Title
Acta Crystallogr. Sect. F Struct. Biol. Commun.
Volume: F71
Pages: 96-99
DOI
Peer Reviewed
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