2018 年度研究成果報告書

溶解性多糖モノオキシゲナーゼの電極反応を利用した酵素バイオ電池の開発

研究課題

PDF

研究課題/領域番号	17K17703
研究種目	若手研究(B)
配分区分	基金
研究分野	生物機能・バイオプロセス生体関連化学
研究機関	東京農工大学
研究代表者	武田康太東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (20781123)
研究協力者	中村暢文五十嵐圭日子吉田誠石田卓也
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード	酵素電極 / 糖質関連酵素 / PQQ / 結晶構造解析 / 直接電子移動 / ヘム
研究成果の概要	木材腐朽菌がセルロース分解プロセスの過程で分泌する酸化還元酵素に注目し、それらを電極触媒とするバイオ燃料電池の開発に向けた酵素電極反応に関連する研究を行なった。溶解性多糖モノオキシゲナーゼ(LPMO)が固定化された金ナノ粒子電極で、LPMOの直接電子移動反応による酸化還元ピーク電流が観測された。アノード触媒の酵素の一つであるCoprinopsis cinerea由来ピロロキノリンキノン(PQQ)依存性ピラノース脱水素酵素(CcPDH)のホロ体の立体構造を明らかにした。構造情報を参考に、CcPDHの電子移動反応、電極との直接電子移動反応に関する新たな知見を得た。
自由記述の分野	生物電気化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	学術的意義は、LPMOへの電子供与体を電極に置き換えたLPMO-電極共役反応系を確立した点で、本電極系によって電気化学的にLPMOの触媒機構や生理学役割について解析できる可能性が示された。直接電子移動型のアノード触媒酵素として使用できるPQQ依存性脱水素酵素に関して、効率的な酵素電極反応を実現するための重要な知見が得られた。以上の本研究成果は、木材腐朽菌の酸化還元酵素を用いたバイオエレクトロニク分野への展開につながるものである。また、糸状菌の生体機能を利用したセルロース系バイオマス変換技術の発展に寄与できるものと考える。