触媒サイクル中の酵素における基質の動きをSACLAで解明
～基質がクルっと回転して反応する～
発表内容要旨
兵庫県立大学大学院理学研究科の長尾聡特任助教（現 高輝度光科学研究センター）及び久保稔教授、理化学研究所放射光科学研究センターの當舎武彦専任研究員（現 兵庫県立大学）及び杉本宏専任研究員のグループは、名古屋大学大学院理学研究科の荘司長三教授らの研究グループと共同で、X線自由電子レーザー（XFEL）施設SACLAを活用し、触媒サイクル中、酵素内で基質の向きが精密に制御されることで、触媒反応が効率よく進む瞬間を捉えました。
薬物の代謝やステロイドホルモンなどの生理活性物質の生合成に関わる重要な酵素として、シトクロムP450が知られています。今回の共同研究グループは、その中でも特に高い活性を持つP450BM3に注目し、バイオ触媒としての応用を目指した研究を行ってきました。これまで、タンパク質工学や基質誤認識システムの開発により、本来の基質でないスチレンをP450BM3に取り込ませて、スチレンを立体選択的に酸化させることに成功していました。これは、「酵素を自在に操り、望みの化学反応を人工的に触媒させる」という大きな目標に向けた第一歩でしたが、本来の基質でないスチレンがどのように酸化されるのか、その仕組みは未解明のままでした。
本研究では、スチレンが酸化される途中の状態（反応中間体）をフリーズトラップし、SACLAが生み出す極短パルスX線を用いて、反応中間体の構造を高精度で観察することに成功しました。その結果、スチレンが酸化反応の直前にP450BM3の内部で回転し、特定の方向から酸化されやすい位置に動く瞬間が捉えられました。この成果は、さまざまな有用化合物を生産するバイオ触媒の設計において重要な知見を提供します。本研究成果は、国際科学雑誌「Communications Chemistry」に2025年3月12日午後7時（日本時間）に掲載される予定です。
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同時資料提供先
文部科学記者会、科学記者会、名古屋教育記者会、大阪科学?大学記者クラブ
（本学より配布）
兵庫県教育委員会記者クラブ、西播磨県民局記者クラブ、中播磨県民センター記者クラブ