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美しく折りたたまれたタンパク質のカタチに惚れ込む
理学部山口宏 教授【前編】
すべての生命現象に関与するタンパク質の構造を解き明かす
タンパク質というと、何を思い浮かべるでしょうか。ほとんどの人は三大栄養素のタンパク質のことを考えてしまうと思います。私の研究室で対象としているタンパク質は、生体内の化学反応を担うタンパク質です。タンパク質は、生体を形作る筋肉などの構造タンパク質、触媒として働く酵素、免疫に関与する抗体、エネルギーや情報の獲得や伝達など、すべての生命現象に関与しています。このタンパク質がどのような構造を持ち、どうやって機能を発現するのかを分子レベルで解析することが、私の研究室のテーマです。例えば時計は歯車がうまくかみ合って動くように、分子レベルの大きさのタンパク質も、そのカタチが分かれば、どういった物質と結合し、どのような働きが生じるかが解明されるのです。
SPring-8でタンパク質を構造解析する
タンパク質のカタチを解析して、その働きを知るためには、原子レベルの詳細な構造を調べなければなりません。そこで研究には、世界最高性能の放射光を生み出すことができる大型放射光施設SPring-8を使用しています。電子を加速し発生する強力な電磁波によって、サンプルの構造解析を可能にします。私の研究室の学部生も、自作したタンパク質の結晶サンプルを持参して構造解析に取り組んでいます。そうして解析されたタンパク質のカタチは、それぞれのカタチに折りたたまれたとても美しい形をしています。こうしてタンパク質の構造を決定し、立体構造と機能の相関を明らかにしているのです。このような研究の枠組みを、構造生物学と呼びます。
構造解析が、環境浄化や創薬につながる
構造生物学の手法を使うと、どこに物質が結合し、化学反応が起きるのかや、別の機能を発揮するタンパク質の構造を明らかにすることができます。例えば、木材を分解する酵素を解析し、木材を分解して有機合成原料をつくりだすことができます 。脱石油につながる研究で、二酸化炭素の排出を抑えることができるのです。また、環境問題を解決するための有害物質を分解するタンパク質の創生、アルツハイマー病の原因物質であるタンパク質の解明など、さまざまな応用が考えられます。環境浄化やエネルギー問題、新薬の創出など、さまざまな場面で、タンパク質の構造解析が役立つのです。
ワクワクしながら、一緒に取り組もう
研究の毎日は、実はとても地味なものです。最近の私は、ホウレン草を使って、光合成の活性中心の仕組みを解明しようという研究に取り組んでいます。東海村の大強度陽子加速器施設「J-PARC」で、世界最高レベルの強さのミュオンビームを使用した実験というと、最先端でかっこいいように聞こえるかもしれませんが、その実験のために、1日中ホウレン草をすり潰してサンプルを作成することからはじめなければなりません。とても地味な作業ですが、最終的な実験結果を想像すると、ワクワクしてしまいます。この実験の成功したときの達成感が、研究の醍醐味だと思います。謎の解明への好奇心があれば、研究はとても面白くなってきます。これから化学を学ぶ人にも、ぜひこの達成感を味わって欲しいと思います。
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