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2022 年度 実績報告書

持続可能な社会を実現する生物電気化学的エネルギー変換系の基盤構築と応用展開

研究課題

研究課題/領域番号 20J21308
研究機関京都大学

研究代表者

足立 大宜  京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
キーワードバイオエレクトロカタリシス / 直接電子移動 / 酸化還元酵素
研究実績の概要

生物電気化学的エネルギー変換系は,持続可能な社会に向けた新奇エネルギー変換機構である.本反応系の実用化においては,生体触媒の特性を詳細に解析することが必要である.そこで本年度は,生体触媒の基礎評価と応用展開を目指し,多角的なアプローチから下記の研究を遂行した.
【酢酸菌由来アルコール/アルデヒド脱水素酵素による直接電子移動型カスケード反応系】
一部の酸化還元酵素は,電極と直接電子授受を行うことで,触媒反応を進行することができる.このような直接電子移動反応は,外来の介在物質を介して電子移動を行う場合と比較してエネルギーロスが少なく,生物電気化学的エネルギー変換系においても望ましい反応様式である.本研究では,酢酸菌由来の呼吸鎖酵素であるアルコール脱水素酵素およびアルデヒド脱水素酵素に注目し,本酵素の直接電子移動反応についての詳細な解析を行った.まず,クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子像解析の結果,両酵素の立体構造を世界で初めて解明した.次に,得られた構造情報を踏まえ,反応場となる電極表面の修飾化合物を最適化することで,直接電子移動特性の向上に成功した.最後に,両酵素反応を組み合わせることで,エタノール→アセトアルデヒド→酢酸という2段階酸化反応を実験的および理論的観点から考察・実証した.本研究成果は,酵素構造が直接電子移動特性向上において有力な手掛かりとなることを意味するのと同時に,天然の呼吸鎖を再現した理想的なエネルギー変換系を構築した点において,非常に価値のある知見である.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Kinetic and thermodynamic analysis of Cu2+-dependent reductive inactivation in direct electron transfer-type bioelectrocatalysis by copper efflux oxidase2022

    • 著者名/発表者名
      Adachi Taiki、Mazurenko Ievgen、Mano Nicolas、Kitazumi Yuki、Kataoka Kunishige、Kano Kenji、Sowa Keisei、Lojou Elisabeth
    • 雑誌名

      Electrochimica Acta

      巻: 429 ページ: 140987~140987

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2022.140987

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 酢酸菌の呼吸鎖酵素による電気化学カスケード反応系の開発2023

    • 著者名/発表者名
      〇足立大宜,宋和慶盛,北隅優希,白井理,加納健司
    • 学会等名
      2023年度日本農芸化学会大会
  • [学会発表] 酢酸菌由来アルコール/アルデヒド脱水素酵素による直接電子移動型カスケード反応系の検討2023

    • 著者名/発表者名
      〇足立大宜,宋和慶盛,北隅優希,白井理,加納健司
    • 学会等名
      電気化学会第90回大会
  • [学会発表] 2種の酵素を用いたカスケード型直接電子移動反応の電気化学的解析2022

    • 著者名/発表者名
      〇足立大宜,宋和慶盛,北隅優希,白井理,加納健司
    • 学会等名
      第68回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会

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公開日: 2023-12-25  

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