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固体高分子形燃料電池、ダイレクトメタノール形燃料電池、ガス拡散電極、ガスセンサ 他
燃料電池の原理と構成燃料電池に欠かせない化学反応を促す触媒に、安価な金属である鉄とニッケルを 活用することに初めて成功したと、九州大の小江（おごう）誠司教授＝錯体（さくたい） 化学＝の研究グループが発表した。
チームによると、従来の触媒に使われる白金は、 １グラム当たり約２４００円で、燃料電池のコスト増大要因の一つだった。これに比べ て鉄は約０．０６円、ニッケルは約１．６円といい、安価な燃料電池の開発につながる
と期待される。７日付の米科学誌「サイエンス」電子版に論文が掲載される。
燃料電池は、水素と酸素が化学反応する時に出す電気エネルギーを利用する。副産物が水なのでクリーンエネルギーとして注目され、車や家庭用に普及しつつある。
化学反応には通常、白金を触媒にして水素から電子を取り出すことが必要だ。小江教授らは、地下水に存在する微生物などが持つ酵素「ヒドロゲナーゼ」に、白金と同様に水素から電子を取り出す作用があることに着目。鉄とニッケルを使って、ヒドロゲナーゼとよく似た分子構造の触媒を合成。
この触媒を使って常温、常圧で化学反応に成 功したとしている。【斎藤有香】
http://mainichi.jp/select/news/20130208k0000m040178000c.html
ヒドロゲナーゼ (hydrogenase) は、分子型水素 (H2) の可逆的な酸化還元反応を触媒する酵素である。この酵素は嫌気性代謝において重要な役割を果たしている。
ヒドロゲナーゼが触媒する水素酸化反応（2 H+ 生成） (1) は、酸素、硝酸、硫酸、二酸化炭素、フマル酸などの電子受容体の還元と対応する反応である。一方、プロトン還元反応（H2 生成） (2) は、解糖系におけるピルビン酸の発酵や、過剰電子を処理する過程で不可欠な反応である。ヒドロゲナーゼに対して生理学上の電子供与体 (D) もしくは受容体 (A) として作用することが可能である物質には、フェレドキシンやチトクロムc3、チトクロムc6 などのタンパク質や低分子化合物がある。これらの関係を反応式に表すと以下のようになる。
H2 + Aox → 2 H+ + Ared
2 H+ + Dred → H2 + Dox
ヒドロゲナーゼが初めて発見されたのは1930年代のことであった。水素の酸化還元反応を触媒するこの酵素群は多くの研究者の関心を集めた。ヒドロゲナーゼによる触媒作用のメカニズムは現在、水素分子を生産するクリーンな生物学的エネルギー源（藻類など）を科学者がデザインする際の手助けとして期待されている。
ヒドロゲナーゼ（Hydrogenase）
：翻訳 工藤高裕 (PDBj)
水素（hydrogen）ガスは普通ではない物質である。通常、水素ガスは安定で化学反応を起こすには強力な触媒を必要とする。ところが、酸素と混合する と、小さな火花があっただけで爆発的な連鎖反応が始まる。水素ガスは最も環境にやさしいエネルギー源として大いに期待できる。他の燃料よりも重量当たりの エネルギー量が大きく、反応に必要なものはエネルギーと純水だけである、といった多くの有利な点がある。一方、重大な欠点がある。貯蔵するには危険で、反 応を爆発的ではない制御された方法で行うのが難しいのである。現在のところ、水素で走る車に使うために開発されている燃料電池（fuel cell）は、反応を行う触媒として高価な白金（プラチナ、platinum）を使っている。研究者たちは天然のものから代替となるものを探している。
水素の分割
水素ガスを分割する酵素が地球の生命史上で少なくとも３回独立に発達してきた。これらの酵素は、エネルギーとして利用するために水素ガスを分割したり、反 応産物としての水素ガスを作り出したりするのに利用される。ここでは３つの例を示す。右図上はニッケル-鉄ヒドロゲナーゼ（nickel-iron hydrogenase、PDBエントリー 2frv）、中央は鉄-鉄ヒドロゲナーゼ（iron-iron hydrogenase、PDBエントリー 1feh）、下は鉄ヒドロゲナーゼ（iron hydrogenase、PDBエントリー 3dagと3f47）である。名前が示すように、いずれも金属イオンを反応に用いる。
水素の制御
３種類のヒドロゲナーゼが異なる組み合わせの金属イオンと補因子（cofactor）を利用して水素（hydrogen）を活性化している。ニッケル-鉄 ヒドロゲナーゼと鉄-鉄ヒドロゲナーゼの活性部位は蛋白質の奥深くに埋まっている。反応は小さなチャネルを通って水素が活性部位へと拡散した時に始まる。 まず酵素は水素分子を水素イオン（proton、H+）と水素化物（hydride、H-）の２つに分割す る。次に、電子が水素化物から引きはがされて電子輸送体の系を伝わって行き、残った２つの水素イオンは同時に表面へと輸送される。鉄ヒドロゲナーゼは少し やり方が違う。活性部位にある特別な補因子が各反応を開始し、この補因子が水素分子が分割された時にできる水素化物を受け取る。
珍しい金属複合体
活性部位複合体は金属イオンとシアン化物（cyanide）や一酸化炭素（carbon monoxide）のような変わった分子との珍しい組み合わせによってできており、システイン（cysteine）アミノ酸によって然るべき場所に保持さ れている。これらの複雑な活性部位は、熱心な一組の成熟化酵素によって作られる。例えば、ニッケル-鉄ヒドロゲナーゼは活性部位を構築するのに、GTPや ATPのエネルギーを使う酵素を少なくとも７つ必要とする。そのような酵素の一つはシャペロンと して働き、活性部位にある重要なシステインに結合して蛋白質をねじり、他の酵素が接触できるように蛋白質を開く。そして金属イオンを取り込み、リガンドの シアン化物と一酸化炭素を加える。最後に、シャペロン蛋白質がシステインを解放し、成熟したヒドロゲナーゼは新たな活性部位の周辺をぴしっと閉じる。
電子輸送体
ヒドロゲナーゼが水素から取り出した電子は全て放出先を必要とする。場合によっては、これらの電子はシトクロムなどの電子輸送蛋白質へと運搬される。ここに示した構造（PDBエントリー 1e08）はNMR分光法（NMR spectroscopy）によって解かれたもので、鉄-鉄ヒドロゲナーゼ（青）の持つ電子をシトクロム（ピンク）に運搬しているところをとらえたものである。この複合体に関してより詳細に見るにはプロテオペディアのページを見て欲しい。
構造をみる
ニッケル-鉄ヒドロゲナーゼ
鉄-鉄ヒドロゲナーゼ
鉄ヒドロゲナーゼtry { var fAction=false; var fAllow=true; var sCLSName=null; var isIE=(document.documentElement.getAttribute("style")==document.documentElement.style); var sCLSXNm="class"; if(isIE) { sCLSXNm="className"; } var aryElsKr=document.getElementsByTagName("font"); for(var vdx=0;vdx
