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講義No.07828

タンパク質の形を解明する方法とは?

結晶化すれば構造がわかる!

 タンパク質はアミノ酸が鎖状に多数連結した高分子化合物で、生物の重要な構成成分です。塩や砂糖を水に溶かした後、冷却あるいは水分を飛ばすと塩や砂糖が結晶化しますが、タンパク質も同様のことが可能で、さらにX線を用いることでタンパク質内でのアミノ酸のつながりを解析できます。
 例えば、細胞の中を移動して物資を運ぶ「ダイニン」というタンパク質複合体があります。結晶化による解析を行うことで、「脚」に当たる部分にどのようにしてエネルギーを送っているのか、また移動の際は「腕」に相当する部分を振ることも確認できました。

細菌からDNA複製の謎を解き明かす

 結晶化による構造解析で、DNA複製の仕組みを解き明かすことも期待されています。タンパク質の中でも太古の昔から生物内に存在しているものがあり、細胞分裂の際にDNAの複製を促したり、エラーを修正するといった働きをしています。もちろんヒトにも存在していますが、それらのタンパク質はなぜか「古細菌」と共通する点が多いのです。したがって古細菌のタンパク質構造が解析できれば、ヒトがDNAを複製する仕組みもわかる可能性があります。古細菌の多くは気温50℃以上に達するような極限環境でも生存でき、そのため安定したタンパク質を持っていますから、その点も研究の追い風となっています。

構造解析で創薬サポートも

 構造解析は創薬にも有効です。細胞内には脂質代謝に関わる「PPAR」というタンパク質があり、このタンパク質が機能不全に陥るとメタボリックシンドロームの原因になります。既にPPARに働きかける治療薬はありますが、副作用が強いのが欠点です。そのため新たな薬の開発が行われています。しかし薬剤がほかのタンパク質に結合しマイナスの効果を生んだり、PPARに結合しても機能しない可能性もあるので、タンパク質の結合状態を確認する必要があります。結晶化による構造解析はこうしたさまざまな場面で力を発揮しているのです。

夢ナビライブ2019 東京会場

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たんぱく質が行う生態イベント

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たんぱく質の結晶を解析する

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この学問が向いているかも 構造生物化学

山梨大学
生命環境学部 生命工学科 准教授
大山 拓次 先生

メッセージ

 集中力があるのは素晴らしいことです。しかしあまりにものめり込み過ぎると、周囲が見えなくなってしまうこともあります。そうしたことを避けるため、幅広い知識を身につけておくとよいでしょう。広い知恵が意外な役に立つこともあるのです。私はタンパク質について研究しているのですが、その結晶化はナイーブで、毎日が試行錯誤の繰り返しです。しかし結晶化されたタンパク質はとてもきれいで、未知の発見も待っています。忍耐力とチャレンジ精神旺盛な人はぜひ挑戦してください。

先生の学問へのきっかけ

 大学4年生の時、酵素の反応速度を調べる研究に携わることになり、タンパク質について勉強することになりました。夜中まで論文を読んで勉強したところ、それまで何度やってもうまくいかなかった「ステレオ図による立体視」という方法に成功し、初めてタンパク質を立体としてとらえることができたのです。ランダムに見える中にも規則性が感じられて、とてもキレイだったのを覚えています。その時のことが忘れられず、大学院へ進む際のテーマは、「タンパク質を結晶化」という、タンパク質の形を分析する構造解析に関する研究に決めました。

先輩たちはどんな仕事に携わっているの?

製薬会社研究員・MR/大学教員・研究員/食品会社開発など

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大山 拓次 先生がいらっしゃる
山梨大学に関心を持ったら

 山梨大学は、教育学部、医学部、工学部、生命環境学部からなる国立大学です。「地域の中核、世界の人材」というキャッチフレーズを掲げ、地域の要請に応えることができると同時に、世界で活躍できる人材の育成をめざしています。水素と燃料電池の教育研究の国際的拠点であるクリーンエネルギー研究センターは工学部と密接に連携しています。
 教育学部、工学部、生命環境学部のある甲府キャンパスと医学部キャンパスは離れていますが、1年次生は全員が甲府キャンパスで基礎学力の修得と人格の陶冶をめざした全学共通教育科目を履修します。

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