| 研究課題/領域番号 |
19H00984
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
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研究代表者 |
樋口 芳樹 兵庫県立大学, 理学研究科, 特任教授 (90183574)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
45,370千円 (直接経費: 34,900千円、間接経費: 10,470千円)
2023年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
2022年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
2021年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
2020年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
2019年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
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| キーワード | ヒドロゲナーゼ / 中性子結晶解析 / X線結晶解析 / プロトン経路 / ラマン分光法 / 酵素活性定量法 / 酸素耐性酵素 / 酸素耐性機構 / 活性測定法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，下記の研究を行う．
（１）標準的[NiFe]ヒドロゲナーゼの中性子結晶解析で得られる核密度分布より，Ni－Fe活性部位における触媒反応のヒドリド結合中間体構造とプロトン経路を完全同定し，反応機構とそれを高効率化しているタンパク質内のプロトン機能「場」の役割を明らかにする．
（２）種々の酸素耐性ヒドロゲナーゼの高精度X線結晶解析を基に，酸素耐性機構の一般則を提案する．
（３）ラマン分光法による新規の触媒活性定量法を開発し，ヒドロゲナーゼ等ガス状分子を基質とするタンパク質機能の本質に迫る．
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| 研究成果の概要 |
標準的[NiFe]ヒドロゲナーゼ（酸化型）の中性子結晶解析に成功し，活性部位には平面四角形Ni(Ⅱ)構造が混在し，近接の[4Fe-4S]の配位S原子に低障壁水素結合を同定した．弱酸素耐性ヒドロゲナーゼのCO結合型の結晶構造から酸素耐性とCO耐性に正の相関を提案した．酸化型NAD+還元[NiFe]ヒドロゲナーゼの結晶FT-IRの解析に成功し,活性部位のNi(Ⅳ)構造が酸素耐性に寄与していると結論した．植物葉上共生細菌由来のギ酸脱水素酵素のX線解析に成功し，他のエネルギー代謝酵素との進化的関係を明らかにした．ラマン分光法による活性測定法を開発し，本酵素の気液界面触媒反応性を見出した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究における学術的意義は，『高分解能中性子結晶解析』による巨大タンパク質内で重要な役割を担う水素原子の可視化であった．元素の中で最も小さな水素原子は，『プロトン，ヒドリド，水素分子』と変幻自在に形を変えて化学反応に関与する．[NiFe]ヒドロゲナーゼの水素分解・合成反応では『ヒドリド』と『プロトン』の挙動が反応機構解明に重要である．特に水分子を含んだ水素結合ネットワークに支えられた高効率プロトン伝達機構の正確な知見を中性子結晶解析法で得ることで，触媒反応を効率化する『タンパク質場』を真に理解できる．この理解が進めば，今後，燃料電池等にも応用して卓越した新規の製品開発に貢献できると考える．
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