| 研究課題/領域番号 |
21K05087
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| 研究機関 | 大阪公立大学 |
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研究代表者 |
松原 康郎 大阪公立大学, 人工光合成研究センター, 特任准教授 (90616666)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 二酸化炭素還元 / 酵素反応 / ヒドリド移動反応 / 電気化学 |
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| 研究実績の概要 |
近年、地球の表面温度上昇に伴う気候変動が社会に与える影響が問題となっており、2023年3月にまとめられた気候変動に関する政府間パネル(IPCC)の報告書では、これまでの二酸化炭素(CO2)の累積排出量の削減が急務であるとまとめられている。その対策として、最近ではCO2の回収及び貯留(CCS)が現実的な方法として実施され始めているが、地中への貯留容量は限られているため、最終処分方法としては将来的に問題となることが考えられる。CO2の液体もしくは固体有価物への変換反応は、このような最終処分方法の原理として有用であるだけでなく、炭素資源の社会的な循環を生み出す種となるという点でも重要である。
本研究課題では、CO2を液体有価物であるギ酸へと変換する数多くの反応の中でも、「電子を伝達する人工的な分子」が酵母candida boidinii中に存在する「金属を含まないギ酸脱水素酵素」(CbFDH)と協同してCO2をギ酸に還元する反応について、計算化学的な観点から注目している。この様な反応は、もちろん「金属を含む酵素」でも報告されているが、「金属を含まない酵素」においては、これらの反応の原理があらわになっているはずであると考えたからである。
2022年度は、前年度に引き続き、酵素CbFDHの反応中心における1電子還元されたメチルビオロゲン分子の電子構造を密度汎関数法レベルで検討することに加え、ギ酸生成反応過程におけるメタダイナミクスの評価にむけた方法論の検討を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
本研究課題では、メチルビオロゲンラジカルを電子源としてギ酸脱水素酵素CbFDHがCO2をギ酸へと変換する反応の仕組みを明らかにすることを目的としてる。2022年度では、反応中心に挿入された1電子還元メチルビオロゲンラジカルの電子状態を定量化しようと試みたが、計算化学的に反応系を平衡化させる段階でかなり手間取り、比較検討を十分に行うことができなかった。また、この反応のモデルケースを、まずは1つ計算化学的に確立することが肝要であるが、そのようなメタダイナミクスの観点からの検討は初期的なものに留まった。これらのことから、概して全体を評価すると進捗状況としては「遅れている」といえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度では、メチルビオロゲンラジカルを電子源としたCO2をギ酸に還元する反応の仕組みについて、メタダイナミクス計算により、その逆反応からアプローチすることを試みる。メタダイナミクス計算は相応の計算量を必要とするが、計算対象の反応事象をあらわに扱えるという利点があるため、計算上の問題点も対応しやすくなると考えられるからである。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2022年度におけるメタダイナミクス計算の検討は初期的なものに留まったため、計算機資源への支出は当初の想定よりも少なくなった。2023年度では、多くの計算機資源を要するメタダイナミクスの計算を本格的に実施する。この追加費用は、今回の次年度使用額分で手当てすることを予定している。
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