2014 Fiscal Year Annual Research Report
シリカナノ細孔内の「天然―人工ハイブリッド光合成系」の構築
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23655196
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
伊藤 繁 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 名誉教授 (40108634)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2015-03-31
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| Keywords | 光合成 / メゾスコピック / 電子スピン共鳴法 / 光化学系 / 酸素発生 / 水素発生 / 電子移動 / 人工光合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工光合成や、新しい光機能デバイス作成のために、生体タンパク質を生体外で機能させる方法を検討した。様々な外形の構造（ミクロ粒子、ガラス基板、アルミナ基板）中に形成したシリカナノ細孔中に、タンパク質複合体を導入し、新規の機能を発現させた。タンパク質試料としては、光合成反応中心膜タンパク質複合体である光化学系II(PSII)二量体と光化学系I(PSI)3量体をもちいて、導入技術を確立した。大気酸素中で、太陽光で駆動される、水分解系と、水素発生系を製作した。ナノ細孔内に拡散律速を利用した特異な反応環境を創りだした。
光エネルギーにより水から電子を取り出し酸素を出す、巨大タンパク質複合体光化学系IIをガラス内に導入した。この複合体は分子量756 kDa、サイズ20 nmx12nmの色素と電子担体40分子以上をふくむ。これを外径約5μmの粉末状多孔質材料(SBA)と混合し、SBA内部の径23 nmの細孔中に５％重量のPSIIを吸着させると、活性と熱安定性が強化された。同様に光化学系I(PSI)と、絶対嫌気性光合成細菌ヘリオバクテリアの反応中心ののSBA内への吸着に成功した。
0.05mm厚のアルミナ薄膜を貫通するシリカ細孔内に PSI反応中心三量体を吸着させ反応させることができた。PSI三量体のc2中心軸をほぼ薄膜面に平行（細孔軸に垂直）した規則的配列をとることを、電子スピン共鳴法により確認した。
内部に無数の細孔をもつ、ホウ素珪酸ガラス板内にPSI, PSIIを吸着させ、これらと反応する小分子メデエーター（DCIPやヴィオローゲンなど）やヒドロゲナーゼ酵素を同時に導入した。これにより光で作られた還元力が外部に拡散せず、高濃度のまま、逐次反応するミクロ反応系を形成した。これにより、酸素大気下では不安定なヒドロゲナーゼを安定に反応させて、水から電子供与体とするで光水素生産を実現した。
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