2016 Fiscal Year Research-status Report
酵素反応多段階化によるバイオ燃料電池の飛躍的高容量化
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15K14715
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
美川 務 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 専任研究員 (20321820)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | バイオ燃料電池 / バイオ電池 / 酵素利用学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生命は摂取した食物を代謝する過程において、生命活動に必要なエネルギーを非常に高い効率で生産している。バイオ燃料電池はこの過程を模倣した発電技術であり、酸化酵素と還元酵素を組み合わせることにより有機物の化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。このように原理は単純なバイオ燃料電池であるが、現状のバイオ燃料電池では燃料であるグルコースを一段階酸化して2電子を引き抜くのみで、生成物のグルコン酸は利用されることなく捨ててしまっている。そこで、本応募課題では生成されたグルコン酸をさらに酸化する酵素を獲得し、より燃料を効率良く使用することにより、バイオ燃料電池の容量を向上させることを目的としている。
昨年度までにグルコン酸をさらに酸化できるAcinetobacter calcoaceticus由来のグルコース脱水素酵素の大量調製を終え、既に本変異酵素を用いて4電子を取り出せることを確認している。そこで、28年度はなぜこの変異体がグルコン酸を認識できるのか、そのメカニズムを明らかにするために、本変異酵素のＸ線結晶構造解析を行った。野生型の結晶化条件を中心に、沈殿剤濃度やpHを変化、また少量のアルコール類を添加することにより、再現性良く良質の結晶を得る条件を確立した。そして、本結晶を用いて構造解析を行った結果、1.4Åの高分解能で変異体酵素の構造が決定された。得られた構造から、変異体では次の基質であるグルコン酸と水溶液中で平衡状態にあるグルコノラクトンが無理なく基質結合部位に入ることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
多段階反応自体をさらに進めるには至らなかったが、2段階目まで進める変異体酵素の構造決定が行えた点は良かったと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
さらなる多段階に必要な酵素の獲得を行いつつ、得られた変異体構造をもとに新たな変異酵素のデザインを行う予定である。
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| Causes of Carryover |
誌上発表に必要な費用として計上していたものだが、発表は来年度にすることとし、本費用も来年度に使用することにしたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
成果発表費用として使用する予定である。
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