白金性能を超える新規[NiFe]ヒドロゲナーゼの電子伝達機構の解明

• 研究課題/領域番号: 15K05566
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生体関連化学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 尹 基石 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 准教授 (50701497)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 水素酸化反応 / ヒドロゲナーゼ / 酸素耐性酵素 / 燃料電池 / 電子伝達系 / ゲノム解析 / タンパク質結晶解析 / 生化学的な特性解析 / 水素酸化活性 / 酸素安定性 / 生化学的な特性 / 電子伝達 / タンパク質結晶構造解析 / 水素燃料電池

研究成果の概要

ヒドロゲナーゼは、水素分子をプロトンと電子への分解反応とその逆反応の水素生成を触媒する金属酵素である。ヒドロゲナーゼは水素酸化触媒性が非常強いことから、燃料電池の水素極触媒等として工業的な応用が期待される。しかし、ヒドロゲナーゼは高い活性を示すが、酸素に不安定である。そこで本研究では、阿蘇くじゅう国立公園から単離した新規細菌、Citrobacter sp. S-77から酸素に安定な[NiFe]ヒドロゲナーゼの精製に成功し、その生化学的な特性解析を行った。

研究成果

• [雑誌論文] A MnI Model for the Photoinhibited Species of Oxygen-Evolving Complex. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yatabe, Takeshi; Tokunaga, Taisuke; Matsumoto, Kikkawa, Mitsuhiro; Tatsuya; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji.
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 47 号: 1 ページ: 34-36
  • DOI: 10.1246/cl.170869
  • NAID: 130006302110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis of the redox switches in the NAD+-reducing soluble [NiFe]-hydrogenase (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shomura, M, Taketa, H. Nakashima, H. Tai, H. Nakagawa, Y. Ikeda, Y, M. Ishii, Y. Igarashi, H. Nishihara, K.-S. Yoon, S. Ogo, Y. Higuchi
  • 雑誌名: Science 巻: 537 号: 6354 ページ: 928-932
  • DOI: 10.1126/science.aan4497
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanistic Investigation of the Formation of H2 from HCOOH with a Dinuclear Ru Model Complex for Formate Hydrogen Lyase. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga, Taisuke; Yatabe, Takeshi; Matsumoto, Takahiro; Ando, Tatsuya; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji.
  • 雑誌名: Sci. Tech. Adv. Mater. 巻: 18 号: 1 ページ: 870-876
  • DOI: 10.1080/14686996.2017.1379857
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nitrogen Fixation Genes and Nitrogenase Activity of the Non-Heterocystous Cyanobacterium <i>Thermoleptolyngbya</i> sp. O-77 (2017)
  • 著者名/発表者名: K.-S. Yoon, N.T. Nguyen, K.T. Tran, K. Tsuji, S. Ogo
  • 雑誌名: Ｍｉｃｒｏｂｅｓ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ 巻: 32 号: 4 ページ: 324-329
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME17015
  • NAID: 130006286273
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanistic Insight into Switching between H2- or O2-Activation by Simple Ligand Effects of [NiFe]hydrogenase Models. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, Takahiro; Kishima, Takahiro; Yatabe, Takeshi; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji.
  • 雑誌名: Organometallics 巻: 36 号: 20 ページ: 3883-3890
  • DOI: 10.1021/acs.organomet.7b00471
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Fusion of Biomimetic Fuel and Solar Cells Based on Hydrogenase, Photosystem II, and Cytochrome c Oxidase. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kikkawa, Mitsuhiro; Yatabe, Takeshi; Matsumoto, Takahiro; Yoon, Ki-Seok; Suzuki, Kazuhau; Enomoto, Takao; Kaneko, Kenji; Ogo, Seiji.
  • 雑誌名: ChemCatChem 巻: 9 号: 21 ページ: 4024-4028
  • DOI: 10.1002/cctc.201700995
  • 査読あり
• [雑誌論文] One Model, Two Enzymes: Activation of Hydrogen and Carbon Monoxide. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ogo, Seiji; Mori, Yuki; Ando, Tatsuya; Matsumoto, Takahiro; Yatabe, Takeshi; Yoon, Ki-Seok; Hayashi, Hideki; Asano, Masashi.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 56 号: 33 ページ: 9723-9726
  • DOI: 10.1002/anie.201704864
  • 査読あり
• [雑誌論文] Acetyl-CoA Production by Encapsulated Pyruvate Ferredoxin Oxidoreductase in Alginate Hydrogels (2017)
  • 著者名/発表者名: Takenaka, Makoto; Yoon, Ki-Seok; Matsumoto, Takahiro; Ogo, Seiji
  • 雑誌名: Bioresour. Technol. 巻: 227 ページ: 279-285
  • DOI: 10.1016/j.biortech.2016.12.051
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structure and Reactivity of a Ru-based Peroxide Complex as a Reactive Intermediate of O2-Promoted Activation of a C-H Bond in a Cp* Ligand. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yatabe, Takeshi; Kishima, Takahiro; Nagano, Hideaki; Matsumoto, Takahiro; Yamasaki, Mikio; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 46 号: 1 ページ: 74-76
  • DOI: 10.1246/cl.160909
  • NAID: 130005308316
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Improved purification, crystallization and crystallographic study of Hyd-2 type [NiFe] hydrogenase from Citrobacter sp. S-77 (2016)
  • 著者名/発表者名: Muhd Noor, N.D.; Nishikawa, Koji; Nishihara, Hirofumi; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji; Higuchi, Yoshiki
  • 雑誌名: Acta Crystallogr. Sect. F Struct. Biol. Commun. 巻: F72 号: 1 ページ: 53-58
  • DOI: 10.1107/s2053230x15024152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biochemical Characterization of a Bifunctional Acetaldehyde-Alcohol Dehydrogenase Purified from a Facultative Anaerobic Bacterium Citrobacter sp. S-77 (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsuji, Kohsei; Yoon, Ki-Seok; Ogo, Seiji
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: 121 号: 3 ページ: 253-258
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2015.06.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Differences of Oxidized Iron-Sulfur and Nickel-Iron Cofactors in O2-Tolerant and O2-Sensitive Hydrogenases Studied by X-ray Absorption Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Sigfridsson, Kajsa G. V.; Leidel, Nils; Sanganas, Oliver; Chernev, Petko; Lenz, Oliver; Yoon, Ki-Seok; Nishihara, Hirofumi; Parkin, Alison; Armstrong, Fraser A.; Dementin, S&#233;bastien; Rousset, Marc; L. De Lacey, Antonio; Haumann, Michael
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 巻: 1847 号: 2 ページ: 162-170
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2014.06.011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray analysis of the NAD+-reducing [NiFe] hydrogenase from Hydrogenophilus thermoluteolus TH-1. (2015)
  • 著者名/発表者名: Taketa M, Nakagawa H, Habukawa M, Osuka H, Kihira K, Komori H, Shibata N, Ishii M, Igarashi Y, Nishihara H, Yoon KS, Ogo S, Shomura Y, Higuchi Y.
  • 雑誌名: Acta Crystallogr F Struct Biol Commun. 巻: 71 号: 1 ページ: 96-99
  • DOI: 10.1107/s2053230x14026521
  • 査読あり
• [学会発表] New insights of naturally occurring O2-tolerant [NiFe]hydrogenase (2018)
  • 著者名/発表者名: Ki-Seok Yoon
  • 学会等名: International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素の補酵素AによるS-チオール化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 辻 幸盛、尹 基石、小江 誠司
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] 固定化ピルビン酸-フェレドキシン酸化還元酵素によるアセチル-CoA生成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹中 慎, 尹 基石, 松本 崇弘, 小江 誠司
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会大会
• [学会発表] Biochemical characterization of Acetaldehyde-alcohol dehydrogenase from Citrobacter sp. S-77 (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohsei Tsuji, Ki-Seok Yoon, Seiji Ogo
  • 学会等名: 6th CSJ Chemistry Festa
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2016-11-14
• [学会発表] iochemical and phylogenetic studies of Hyd-2 type O2-tolerant [NiFe]hydrogenase (2016)
  • 著者名/発表者名: Ki-Seok Yoon
  • 学会等名: Gordon Research Conference: Metallocofactors
  • 発表場所: Stonehill College in Easton, MA, United States
  • 年月日: 2016-06-12
  • 国際学会
• [学会発表] 新規ヒドロゲナーゼの特性と燃料電池用触媒への応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 尹基石
  • 学会等名: 微生物学の新たな発展、ゲノムから機能・実用に関する九州シンポジウム
  • 発表場所: ANAホリデイ・イン リゾート 宮崎、宮﨑
  • 年月日: 2015-12-05
  • 招待講演
• [学会発表] Citrobacter sp. S-77由来のアセトアルデヒド-アルコール脱水素酵素の精製と生化学的特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 辻 幸盛、 尹 基石、 小江 誠司
  • 学会等名: 微生物学の新たな発展、ゲノムから機能・実用に関する九州シンポジウム
  • 発表場所: ANAホリデイ・イン リゾート 宮崎、宮﨑
  • 年月日: 2015-12-05
• [学会発表] Insight into phylogenetic diversity of O2-tolerant [NiFe]hydrogenase (2015)
  • 著者名/発表者名: 尹基石
  • 学会等名: Gordon Research Conference: Enzyme, Coenzyme & Metabolic Pathways
  • 発表場所: Waterville Valley, NH, United States
  • 年月日: 2015-07-12