大阪医科薬科大学などの研究グループは、茨城県の大型研究施設「大強度陽子加速器施設（Ｊ－ＰＡＲＣ）」内に設置された物質・生命科学実験施設（ＭＬＦ）のパルス中性子単結晶中性子解析装置「茨城県生命物質構造解析装置（ｉＢＩＸ）」を用いた実験により、銅アミン酸化酵素の触媒反応途上に形成されるセミキノンラジカル中間体の中性子結晶構造解析に初めて成功した。

この研究は大阪医科薬科大をはじめ、大阪大、量子科学技術研究開発機構、筑波大、茨城大、理化学研究所などの研究グループにより行われた。

研究グループは、微生物由来の銅アミン酸化酵素結晶を、嫌気下で基質アミン溶液に浸漬することによりセミキノンラジカル反応中間体を作り出し、Ｊ－ＰＡＲＣ／ＭＬＦのｉＢＩＸで中性子回折測定を行うことで、高分解能の中性子結晶構造解析に成功した。

決定された構造では、補酵素トパキノン（ＴＰＱ）は銅イオンに直接配位し、さらに二つの水酸基の水素原子が解離して、周囲のアミノ酸残基と強い水素結合を形成した。さらにＴＰＱの芳香環は、周囲の残基と弱い相互作用をしていることが判明。このような相互作用が総合的にラジカル中間体の安定化に寄与していることが分かった。

さらに、実験的に決定された構造に基づいてタンパク質全体を精度よく取り扱う「量子古典混合計算法」による解析も実施し、補酵素ＴＰＱを含めた活性中心解離基のプロトン化状態が正しいことも理論的に証明することができた。

研究グループは「酵素の精緻なメカニズムの一端を原子レベルで明らかにした。酵素科学の分野の大きな研究テーマとして、新しい機能性を持つ酵素の分子設計を行うことが挙げられますが、今回の研究成果が大きく寄与する可能性がある」としている。