神戸大学 大学院理学研究科・理学部

研究トピックス

タンパク質の働きの原理を化学的に理解する

化学科・化学専攻 生命分子化学教育研究分野 木村 哲就 講師

木村 哲就 講師  タンパク質はアミノ酸が直鎖状に連なった生体高分子であり、遺伝子としてDNAに書き込まれた情報に従って合成されます。合成されたタンパク質はそのアミノ酸配列に依存して、適切な場所へと移動し、立体構造をとり、働きます。ヒトを含めた全ての生命はもちろん、我々を苦しめるウイルスにおいても働いています。このようなタンパク質の働きというのは、化学反応に他なりません。そのため、タンパク質の立体構造を解き明かし、その化学反応を阻害できる薬剤や抗体を作り出そうという研究が精力的に行われています。ただし、タンパク質は周囲の環境に応答する形で構造や化学状態を変化させる動的な高分子であるため、我々が目にすることのできるタンパク質の立体構造というのは静的なものであり、化学反応を起こす過程にある化学状態や構造を捉えることは容易ではありません。しかし、タンパク質の「働き」である化学反応の本質を理解するためには、この化学反応の反応軸に沿って変化する化学状態や構造をできる限りリアルタイムで観察する必要があります。

 このような化学状態変化や構造変化をリアルタイムで捉えるために、我々はマイクロ流路デバイスやレーザーを利用した時間分解顕微測定法を開発・活用し、タンパク質へ適用しています。分光法と組み合わせることで化学状態変化を、大型放射光施設(SPring-8やSACLA)と組み合わせることで立体構造変化を明らかにすることができます。図にはその一例を示していますが、紫外・可視吸収スペクトル変化から、膜タンパク質が基質を脂

質二重膜の外から内へ輸送するタイミングを知ることができます。同じ過程を赤外吸収スペクトルで追跡するとタンパク質の別の場所で加水分解反応が起こっていることがわかり、加水分解反応が基質輸送の駆動力だと考えられます。このようにして、反応軸に沿ってタンパク質が起こす素反応を並べると、タンパク質が機械のように実現している化学反応がどのようなメカニズムで引き起こされているかを理解することができます。これらの知見は我々が生命現象を分子・原子レベルで理解することにつながりますし、新たな分子を創出する指針にもなり得ると期待して日々研究を進めています。

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