反応途中の酵素を観る新手法の開発 ～光をあてて温度を変えるだけ！～

兵庫県立大学大学院理学研究科の城宜嗣特命教授、久保稔教授、武田英恵（大学院生研究当時）、理化学研究所（理研）放射光科学研究センター生命系放射光利用システム開発チームの當舎武彦専任研究員、佐賀大学堀谷正樹准教授、神戸大学木村哲就准教授らの共同研究グループは、生体触媒である酵素の反応途中を観るための新手法を開発し、一酸化窒素還元酵素（NOR）[1]の反応機構の解明に迫りました。本研究で開発した手法は、生体内で機能する様々な酵素に適用可能であり、高効率で行われる酵素反応の仕組みを理解することに貢献すると期待できます。

酵素は生体内において代謝や生合成に関わる化学反応を温和な条件下で行うことができる優秀な触媒です。そのため、酵素が持つ高効率の仕組みを解明することは、生命現象の理解だけでなく、高機能の触媒を設計するうえでも重要です。酵素が機能する仕組みを理解するためには、酵素の反応途中にみられる反応中間体[2]を観測することが必要になります。しかし、酵素の反応中間体は、マイクロ秒からミリ秒（1/1,000,000～1/1,000秒）程度の短い時間で消失してしまうため、その観測は、容易なことではありません。

今回、共同研究グループは、光照射により基質が放出されるケージド化合物[3]を用いて酵素の反応中間体を捕捉・観測する新手法を開発しました。液体窒素温度（約-200℃）でケージド化合物に光を照射し、基質を放出させた後、温度を-110℃程度まで上げると酵素と基質がゆっくりと反応し、反応中間体を捕捉できるという手法です。この手法を用いて、これまでの実験では、一瞬で消失してしまうNORの反応中間体を捕捉・観測することに成功しました。
詳しくは下記をご覧ください。

本研究は、アメリカ化学会誌「The Journal of Physical Chemistry B」に1月5日（現地時間）に掲載されました。

[1] 一酸化窒素還元酵素
一酸化窒素（NO）を亜酸化窒素（N2O）に変換する酵素。窒素は多くの生物の働きでさまざまな化学形態をとりながら地球上を循環している（窒素循環）。NOからN2Oへの変換はその中の一過程である。N2Oは、フロンに次ぐオゾン層破壊ガスであり、またCO2の300倍の温室効果があるため、一酸化窒素還元酵素の反応機構の解明が待たれている。

[2] 反応中間体
酵素（触媒）が働く途中で形成される活性化された状態。反応性が高いため、マイクロ秒からミリ秒の時間で消失する。

[3] ケージド化合物
光の照射により基質などの化合物を放出する化合物。

参照元：佐賀大学広報室
反応途中の酵素を観る新手法の開発 ～光をあてて温度を変えるだけ！～
https://www.saga-u.ac.jp/koho/press/2023011128725