Construction of coenzyme regeneration system using supported gold cluster catalyst

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15610
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 34030:Green sustainable chemistry and environmental chemistry-related
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: Nishigaki Jun-ichi 東京都立大学, 都市環境科学研究科, 特任准教授 (60646496)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 金クラスター / 酸化還元 / 脱水素酵素 / 補酵素再生

Outline of Final Research Achievements

Enzymes have low toxicity and are environmentally friendly catalysts that achieve substrate-specific reactions under mild conditions. However, the coenzyme, especially dehydrogenases, required coenzyme such as nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), which increases the cost and is a barrier to application to organic synthesis.
We have shown that gold cluster catalyzed redox conversion of NADH and NAD+ using O2 and H2 as oxidation / reducing agents.
Furthermore, we succeeded in adding a gold cluster and a gold-platinum alloy catalyst to the enzyme reaction to regenerate the inactive coenzyme to active and make it function as an enzyme-gold cluster hybrid catalyst.

Free Research Field

ナノ化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

酵素を利用した有機合成法は、加水分解酵素がその大部分を占めてきた。一方、酸化還元反応を触媒する酵素である脱水素酵素は反応に高価な補酵素NADH/NAD+を利用するものが多く、コストの増加が課題であった。
これを解決するため不活性化した補酵素を再活性化する方法が模索されてきた。本研究では、補酵素の再生に金クラスターを触媒を用い、O2あるいはH2という非常にありふれた材料を用いて機補酵素を再生できることを示した。この反応は廃棄物に水のみを生じる非常にクリーンな反応である。実際の酵素でもこの補酵素再生法が機能することを示し、酵素を利用した新たな有機合成法の足がかりを発見した。