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耐熱性一酸化炭素デヒドロゲナーゼを用いた二酸化炭素利用技術に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 12J04545
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 環境技術・環境材料
研究機関京都大学

研究代表者

井上 喬裕  京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2012 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードCODH / C-cluster / cooC / 共発現 / CO_2有効利用 / 金属酵素 / 大量発現系 / 翻訳後修飾
研究概要

1) Ni挿入翻訳後修飾遺伝子cooCを利用したCODH大量発現系の構築
発現系の構築にあたってNi挿入翻訳後修飾遺伝子遺伝子cooCによる共発現を行った。cooS-Iを既報の方法により発現させたところNative酵素の約14%の活性を示した。そこで翻訳後修飾遺伝子であるcooCとの共発現を行ったところ、対照区と比較してCO酸化比活性は3.6倍に増大した。またNi含有量も約3.3倍へと増大した。またSDS-PAGE解析の結果、大腸菌内でCooCとCODHは複合体を取っている可能性が示唆された。以上よりcooCによるNi挿入はCODH発現構築において有効であることが判明した。以上よりCODHのCO_2利用技術への応用にむけた基盤を構築することができたと考えられた。
2) 活性中心配位子とCODHの性状との関係性の解明
部位特異的変異導入法を用いて、配位子置換変異体CODH-II C295E (CODH-V模倣型)、CODH-IIC295A(配位子破壊型)の2つの変異体を作製した。各種活性を測定した結果、これら変異体のCO酸化活性は野生型と比較して大きく減少し、CO_2還元活性は確認されなかった。金属含量をICP-MSを用いて定量したところ、両変異体とも酵素中のNi含有量が約1/8に減少したのに対して、Fe含有量に変化は見られなかったUV可視スペクトル解析に供したところ、両変異体ともすべての[Fe-S]クラスターが正常に配位されていた。以上より、本配位子がNiの配位に決定的な影響を与えていると考えられた。CODHの酵素改良には失敗したものの、CODH活性中心配位子におけるNi配位様式に関して新たな知見が獲得され、CODH活性中心を模倣したCO_2還元人工触媒の作製等に有用な知見を与えることに成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

それぞれの成果を原著論文という形で公表できたため。

今後の研究の推進方策

本研究において得られた組み換えCODH-IのCO酸化活性はNative酵素の約50%である。そこでcooC以外の遺伝子(cooF等)の共発現を試みそのCO酸化活性をNativeに近づける。また、本研究において作製したCODH-II C295Aにおいて活性中心の電気化学的特性や詳細な構造を明らかにする。具体的にはESRを用いてNiの状態を明らかにしてより詳細な電気化学特性を明らかにし本配位子の活性中心における役割を明らかとする。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Over-expression of carbon monoxide dehydrogenase-I with an accessory protein co-exnression : a key enzyme for carbon dioxide reduction.2014

    • 著者名/発表者名
      Inoue T., Takao K., Fukuyama Y., Yoshida T. and Sako Y
    • 雑誌名

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      巻: (In press) 号: 4 ページ: 582-587

    • DOI

      10.1080/09168451.2014.890027

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cysteine 295 indirectly affects Ni coordination of carbon monoxide dehydrogenase-II C-cluster.2013

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Inoue, Kyosuke Takao, Takashi Yoshida, Kei Wada, Takashi Daifuku, Yasuko Yoneda, Keiichi Fukuyama, & Yoshihiko Sako.
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Researcr Communications

      巻: 441 号: 1 ページ: 13-17

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2013.09.143

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Mutagenic analysis of Carboxydothermus hydrogenoformans CODH-I2012

    • 著者名/発表者名
      T. Inoue
    • 学会等名
      The 9th Asia-Pacific Marine Biotechnology Conference
    • 発表場所
      高知県
    • 年月日
      2012-07-13
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [図書] Thermophilic microbes in environmental and industrial biotechnology2013

    • 著者名/発表者名
      T. Inoue, Y. Sako
    • 総ページ数
      23
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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