【生物工学】水素触媒機能を持つ半合成型鉄ヒドロゲナーゼ酵素の創出に成功　マックスプランク陸生微生物学研究所

もろ禿

機構報第1141号：水素触媒機能を持つ半合成型鉄ヒドロゲナーゼ酵素の創出に成功
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図１　天然の鉄ヒドロゲナーゼ酵素の構造の模式図（金属化合物の部分）
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図２　鉄ヒドロゲナーゼ酵素の半合成
（ａ）天然の鉄ヒドロゲナーゼ酵素の反応活性中心化合物（単体では触媒活性無し）
（ｂ）基本構造だけを化学合成で模擬したコンパクトな反応活性中心化合物（単体では触媒活性無し）
（ｃ）大腸菌が生産したたんぱく質
（ｄ）大腸菌で生産したたんぱく質に化学合成した金属化合物を取り込んだ半合成型鉄ヒドロゲナーゼ酵素（触媒活性あり）
解説：水色は炭素、青色は窒素、赤色は酸素、オレンジ色はリンを表します。
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図３　半合成型鉄ヒドロゲナーゼ酵素の触媒活性
メチレンテトラヒドロメタノプテリン（メチレン－Ｈ４ＭＰＴ）と半合成型ヒドロゲナーゼ酵素を含むリン酸緩衝液（ｐＨ７．５）を４０℃で反応させて、水素ガス発生量をガスクロマトグラフィーで測定したところ、
天然の酵素の約１％の活性を観察できました。
水素発生反応式：メチレン－Ｈ４ＭＰＴ＋Ｈ+→メテニル－Ｈ４ＭＰＴ+＋Ｈ２

ポイント
水素の工業的利用には白金などの希少な触媒が使われており、その代替が急務である。
温和な条件で水素を活性化する新規の半合成型の鉄ヒドロゲナーゼ酵素の作製に成功した。
水素の工業的利用を可能にする酵素の大量生産や機能改良への応用が期待できる。

ＪＳＴ戦略的創造研究推進事業において、マックスプランク陸生微生物学研究所の嶋盛吾　グループリーダーらは、大量合成が可能なたんぱく質中に化学的に合成した金属化合物を取り込む
ことで、温和な条件で水素ガスを生産または分解する半合成型注１）鉄ヒドロゲナーゼ酵素の創出に成功しました。

常温常圧の温和な条件で水素ガスを生産／利用している微生物は「ヒドロゲナーゼ」酵素と呼ばれる生体触媒を使って水素ガスの活性化を行っています。なかでも鉄ヒドロゲナーゼ酵素は、
さまざまな有機物に水素添加の化学反応を促進することから、化学工業への利用や水素生産への活用が期待されています。その鉄ヒドロゲナーゼ酵素はメタン生産菌で生産され、温和な条件で
水素ガスを活性化する生体触媒です。ヒドロゲナーゼ酵素の中でも比較的シンプルな構造で、耐久性も高いことから、触媒機能を利用した技術の開発が望まれていますが、メタン生産菌の
大量培養が難しいことから、実現は困難とされていました。

嶋グループリーダーらは、大量培養可能な大腸菌に遺伝子を組み込み、鉄ヒドロゲナーゼ酵素を構成するたんぱく質を生合成し、そのたんぱく質に、化学的に合成したコンパクトな金属化合物を
取り込ませる方法を見いだすことで、水素を生産または分解する機能を持つ、半合成型鉄ヒドロゲナーゼ酵素の作製に成功しました。

将来的に、鉄ヒドロゲナーゼ酵素の触媒機能を持つ生体触媒の大量生産につながることが期待できます。また、反応活性中心となる金属化合物を自由に設計・取り込むことが可能になり、より
優れた酵素触媒の開発も可能になります。

本研究成果は、２０１５年１１月２日（英国時間）に英国科学誌「Ｎａｔｕｒｅ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」のオンライン速報版で公開されます。

（以下略）

【生物工学】水素触媒機能を持つ半合成型鉄ヒドロゲナーゼ酵素の創出に成功 マックスプランク陸生微生物学研究所

【生物工学】水素触媒機能を持つ半合成型鉄ヒドロゲナーゼ酵素の創出に成功　マックスプランク陸生微生物学研究所