生体触媒で作動する生物燃料電池の構築と生物機能の高度利用

生物催化剂驱动的生物燃料电池的构建和生物功能的高级利用

基本信息

批准号：
02J02077
负责人：
辻村清也
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、酸素還元触媒であるビリルビンオキシダーゼの触媒機能解析を重点的に進めてきた。ビリルビンオキシダーゼ(BOD)は中性条件下で酸素4電子還元の優れた触媒活性を持つ。BODはビリルビン以外も電子供与体として利用でき、電極から電子伝達メディエータを介して電子を受け取り、酸素へと渡す。電池への応用、最適化を進める上で、電位および速度のロスをできるだけ小さくしたい。そのためには酵素の反応特性を見極め、触媒電流を制御している因子をより明確にし、どういったメディエータを選択するかが非常に重要になってくる。今回、電子供与体、酵素、電子受容体のそれぞれの電位に注目し、それらが酵素反応速度にどのような影響を与えるかについて検討を行った。電子供与体にはトータルチャージが等しく、電位の異なるシアノ金属錯体を用いた。電子受容体である酸素の電位については、pHを変化させることで検討した。得られたk_<cat>、K_mの対数を酸素/水と錯体の式量電位差(ΔE^o')に対してプロットすると、中心金属やpHといった要素を個々に考えるのではなく、ΔE^o'が速度定数の支配的因子になっていることが考えられる。今回得られた知見を基に、幅広いpH領域において、電位および速度において効率よく触媒機能を引き出す指針ができ、貴金属触媒にない特徴をいかしたバイオ電池カソードへの今後の応用が広がることが期待される。また,酵素-電極間における直接電子移動について,その熱力学,平衡論,速度論に基づき,その反応を制御しているメカニズムについて解析を行った.また、燃料酸化極(電池の負極)開発においては、幅広い燃料の利用を視野に入れた研究を進めてきた。燃料酸化系は、燃料、それぞれに対応するNAD依存性デヒドロゲナーゼ、NAD、そしてジアホラーゼと電子受容体から構成される。電子受容体は、電極とジアホラーゼ間で電子のやりとりを行うメディエータとして機能するものを選択する。対極には、上記のビリルビンオキシダーゼを用い、電子を電極から酸素に渡す。この2つの電極系から構成される電池について、メタノール、グルコースなどを燃料にした場合について、それらの出力特性について研究を進めてきた。

今年，我们专注于分析胆红素氧化酶（一种还原催化剂）的催化功能。胆红素氧化酶（BOD）具有在中性条件下氧4电子还原的极佳催化活性。 BOD可以用作胆红素以外的电子供体，并通过电子传递介体从电极接收电子，并将其传递给氧气。为了应用和优化电池，我们希望尽可能最大程度地减少潜在损失和速度损失。为此，确定酶的反应特征，阐明控制催化电流的因素并选择要选择的介体的类型变得非常重要。这次，我们专注于电子供体，酶和电子受体的电势，并检查了这些供体，它们如何影响酶反应速率。具有相同总电荷和不同电势的Cyano金属配合物用作电子供体。通过更改pH，研究了氧的潜力，即电子受体。当将获得的k_ <cat>和k_m的对数与氧气和复合物的方程（Δee^o'）的方程式绘制时，人们认为δee^o'是速率常数的主要因素，而不是考虑诸如中央金属和pH的元素。根据这次获得的发现，我们可以提供指南，以在电势和速度下有效得出各种pH范围的催化功能，希望未来的应用将扩展到利用在贵金属催化剂中发现的特征的生物细胞阴极。此外，我们分析了基于其热力学，平衡理论和动力学的酶和电极之间直接电子转移反应的机制。此外，在开发燃料氧化电极（电池的负电极）时，我们一直在进行研究，目的是使用广泛的燃料。燃料氧化系统由燃料组成，燃料，每个燃料依赖NAD依赖性脱氢酶，NAD以及diaphorase and Electron受体。选择电子受体充当电极和diaphorase之间电子交换的介体。上面提到的胆红素氧化酶用作将电子从电极传递到氧气的反电极。当使用甲醇，葡萄糖等加油时，我们一直在研究由这两个电极系统组成的电池的输出特性。