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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、佐賀大学の堀谷正樹准教授、神戸大学の木村哲就准教授らによる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たな手法を開発。一酸化窒素還元酵素（NOR）［1］の反応機構の解明に迫った。この成果は1月5日（現地時間）に、アメリカの化学会誌『The Journal of Physical Chemistry B』に掲載されている。
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ある。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あるといえる。
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る。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ない。
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た。これは、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ある。この手法は生体内で機能するさまざま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ことが期待される。
同グループがこの手法を用いて行った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ている。
※研究についての詳細は添付PDFを参照。
■論文情報
＜タイトル＞
Trapping of Mono-Nitrosyl Non-Heme Intermediate of Nitric Oxide Reductase by Cryo-photolysis of Caged Nitric Oxide
＜著者名＞
Hanae Takeda, Kanji Shimba, Masaki Horitani, Tetsunari Kimura, Takashi Nomura, Minoru Kubo, Yoshitsugu Shiro, and Takehiko Tosha
＜雑誌＞
The Journal of Physical Chemistry B
＜DOI＞
10.1021/acs.jpcb.2c05852
■共同研究グループ
＜兵庫県立大学 大学院理学研究科 生命科学専攻＞
特命教授 城 宜嗣（シロ・ヨシツグ）
教授 久保 稔（クボ・ミノル）
大学院生 武田 英恵（タケダ・ハナエ）
＜理化学研究所 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＞
専任研究員 當舎 武彦（トウシャ・タケヒコ）
＜佐賀大学 農学部 生物資源科学科 生命機能科学コース＞
准教授 堀谷 正樹（ホリタニ・マサキ）
＜神戸大学 大学院理学研究科 化学専攻＞
准教授 木村 哲就（キムラ・テツナリ）
■補足説明
［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。
※「N2O」と「CO2」の「2」は下付き文字
［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。
▼本件に関する問い合わせ先
・兵庫県立大学 大学院理学研究科 特命教授 城 宜嗣
TEL: 0791-58-0347
E-mail: yshiro@sci.u-hyogo.ac.jp
・兵庫県立大学播磨理学キャンパス経営部 総務課
TEL: 0791-58-0101
FAX: 0791-58-0131
E-mail: soumu_harima@ofc.u-hyogo.ac.jp
【リリース発信元】 大学プレスセンター
https://www.u-presscenter.jp/
