2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of novel artificial biocatalyst for carbon dioxide to methanol conversion due to multi-electrons-protons coupling reduction
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15K14239
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
天尾 豊 大阪市立大学, 複合先端研究機構, 教授 (80300961)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素還元 / 生体触媒 / ビオローゲン / 人工補酵素 / 人工光合成 / メタノール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
常温・常圧で二酸化炭素-メタノール変換反応を触媒できる触媒では達成できていない．本提案では，二酸化炭素還元に基づくメタノール生成反応の触媒創製確立を目指し，ギ酸・アルデヒド・アルコール脱水素酵素一元複合体を設計・創製することを目的としている．これまでにギ酸・アルデヒド・アルコール脱水素酵素に有効なビオローゲン誘導体を基盤とした人工補酵素について，二酸化炭素-メタノール変換の最初の段階である，二酸化炭素-ギ酸変換反応を触媒するギ酸脱水素酵素に対する，ビオローゲン誘導体の一電子還元体の効果を酵素反応速度論的解析を用いて検討し，ビオローゲン誘導体の持つ置換基，ビオローゲン分子内での2つのピリジン環のねじれ角等とギ酸脱水素酵素の酵素活性との機能相関を明らかにした．加えて，メチルビオローゲンと二酸化炭素-メタノール変換の最終段階であるホルムアルデヒド-メタノール変換反応を触媒するアルコール脱水素酵素との相互作用について酵素反応速度論的解析を用いて検討し，メチルビオローゲンとアルコール脱水素酵素との相互作用とギ酸脱水素酵素との相互作用はほぼ等しい親和性で機能している事を見出し，二酸化炭素-メタノール変換反応を効率的に進めるためには第2段階のギ酸-ホルムアルデヒド変換反応を触媒するホルムアルデヒド脱水素酵素を活性化する人工補酵素が必要であるを明らかにした．これらの成果を基に，メチルビオローゲンとホルムアルデヒド脱水素酵素との相互作用について酵素反応速度論的解析を用いて検討した．その結果，メチルビオローゲンとホルムアルデヒド脱水素酵素との相互作用は他の脱水素酵素より強い親和性を示すことがわかった．これらの結果を基にメチルビオローゲンを用い，ギ酸・アルデヒド・アルコール脱水素酵素系のよる二酸化炭素-メタノール変換系を達成した．
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