大阪大学月原冨武研究室

細胞は蛋白質、核酸、脂質や糖等の様々な化学物質で構成されています。その中で蛋白質は、それぞれ特定のアミノ酸配列を持っていて決まった立体構造をとっています。特定の構造をとり結晶になることが蛋白質結晶学が成立する不可欠の条件でしたが、１９３０年代前半にペプシンの結晶が得られ、イギリスで蛋白質結晶学が芽吹き始めました。１９６０年前後にミオグロビン、ヘモグロビンの結晶構造解析の成功によって、今日の蛋白質結晶学の基礎が確立されました。その後、結晶構造解析理論の進歩に加えて、コンピュータ、遺伝子工学の進歩と放射光Ｘ線の利用によって蛋白質結晶学は急速な広がりを見せています。構造研究の対象になる物質も、蛋白質のみならず蛋白質や核酸等が数多く集まった生体超分子複合体に広がっています。
研究室の研究の主題は、結晶化可能なあらゆる超分子複合体の構造解析を可能にし、生命の不思議を解き明かすことにあります。

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Ｘ線構造解析ってなに？

レントゲンにより1895年に発見されたＸ線は、Ｘ線撮影などで皆さんにもおなじみのことでしょう。
　このＸ線を物質に当てると、多くはそのまま物質を突き抜けていきますが、一部は、吸収されたり、原子核のまわりを回っている電子によって散乱されたりします。Ｘ線解析とは、この散乱されたＸ線を観測することにより、物質の中の電子の分布、すなわち、物質の３次元構造を知る手法です。　Ｘ線の散乱は、物質中のあちこちで、全ての方向にむかって起こります（図）。私たちはそれらがいっしょくたになったものをしか、観測することができません。
　ところで、Ｘ線は電磁波の一種ですので、波としての性質を持っています。この性質の一つに、干渉（図）を起こすということがあります。これにより、ある特定の向きにだけＸ線が強くなり、他の向きではＸ線が観測されないということが起こります。この現象が回折です。こうして得られた回折像の位置や強さから、計算により、物質の構造についての情報を求めることができるのです。
　回折は、気体や液体、粉末でも起こりますが、特に単独の結晶による回折像は、多数のシャープな斑点として現れます。結晶は、原子や分子が３次元的に規則正しくくり返されて並んでいるためで、斑点の位置や強さから計算して、原子や分子の位置を知ることができます。

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(Bovine heart cytochrome c oxidase)
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牛の心臓の筋肉のタンパク質の結晶。分子量の大きい巨大タンパクとして、1995年に世界に先駆けて月原富武教授によって目に見える形が解明されました。

大阪大学蛋白質研究所　月原グループ

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