当你的伤口愈合并且你的肝脏解毒你摄入的组胺等毒物时，你可以感谢一类被称为铜胺氧化酶的酶的帮助。对于常用技术来说，识别这些酶中最小氢原子的确切位置具有挑战性，但对于工程设计表现出不寻常但有用的生化反应性的改进酶至关重要。

现在，由大阪医科大学和大阪的研究人员领导的研究小组在《ACSCatalysis》上发表了一项题为“铜胺氧化酶的半醌自由基中间体的中子晶体学揭示了肽基醌辅因子的底物辅助构象变化”的研究。大学使用中子晶体学对铜胺氧化酶的原子结构进行成像。这项研究为酶的生物化学提供了前所未有的结构见解。

一些铜胺氧化酶表现出不寻常的生物化学特性，例如量子隧道效应，它可以实现令人费解的快速反应速率。尽管确定酶中每个氢原子的确切位置通常具有挑战性，但这些知识对于设计相应的人工酶非常重要。

研究人员通常通过X射线晶体学获得酶的原子结构。然而，该技术通过酶中电子的衍射获得结构信息。因此，它不足以对通常只含有一个电子的氢原子进行成像。中子晶体学分析酶中原子核的衍射(所有原子都有原子核)，是研究人员为他们的工作选择的另一种成像技术。

该研究的主要作者TakeshiMurakawa解释说：“我们的酶存在pH依赖性、构象变化和根本的中间稳定性问题，X射线晶体学本身无法完全解释。”“中子晶体学非常适合回答这些问题。”

研究人员获得了许多见解。例如，他们对酶内对于稳定自由基物种(即特别是含有不成对电子的反应性原子)非常重要的位点的质子化/去质子化状态(与pH值相关)进行了成像。他们还描述了酶的托帕醌辅因子的运动——滑动、向上倾斜和半旋转——促进酶内的单电子转移。

“我们公开了在酶促反应过程中第二个高亲和力胺底物分子的结合，这是酶活性位点中以前未知的事件，”资深作者ToshihideOkajima说。“X射线晶体学错过了这样的见解。”

这项工作提供了以前未公开的铜胺氧化酶的结构细节，该酶在生化代谢中具有多种功能。揭示酶中氢原子的确切位置有助于解释其在生理温度和压力下的效率。未来，研究人员可能会将这些见解应用于设计在化学工业中使用的人工酶。