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タンパク質結晶

タンパク質結晶とは? ~What is Protein Crystals?~



タンパク質は複雑な生命現象を司る物質で、その構造を知ることは生命現象の解明や創薬への貢献にもつながり、非常に重要です。
近年、生命科学はめざましい進歩を遂げましたが、タンパク質分子のその優れた機能と構造との相関の理解はまだまだ不十分です。

タンパク質分子の3次元構造を解析するための最も一般的な手法は、タンパク質の単結晶を用いたX線回折実験によるX線構造解析法です。そして、その立体構造の精度は結晶の品質に大きく依存します。
すなわち、タンパク質分子の高精度な立体構造を理解するためには,高品質なタンパク質の単結晶が必要となります。しかしながら、タンパク質分子のサイズは一般的な原子・分子と比べて桁外れに大きく、結晶化条件も非常にシビアであるため、そもそも結晶化しづらく、現在、構造解析のボトルネックとなっています。そして、たとえ結晶が得られても、品質に難ありといったことも珍しくありません。
より品質のよりタンパク質結晶を育成するためには、その結晶成長のメカニズムを理解することが重要になります。そして結晶成長メカニズムを解明するためには、結晶内の物理的特性を理解することも重要となります。
しかし、物理的特性を観察できる大型の結晶の育成が難しいこともあり、その物性に関する研究は世界中探してもほとんどありません。

そのような背景の下、当研究室では、大型で高品質なタンパク質結晶の育成に成功しています。そして、非破壊で結晶欠陥の観察を行うことが出来るX線トポグラフィ法だけでなく、デジタルイメージングを利用したデジタルX線トポグラフィによる結晶の品質の定量的な評価、あるいは音速の測定による弾性定数の決定、硬度試験による変形メカニズムの解明などの弾性や塑性といった力学的性質の観点からタンパク質結晶の物理的な理解を目指した先駆的な研究を行っています。

当研究室では、タンパク質結晶の物性という新しい学問分野の構築を目指しています。

大型のグルコースイソメラーゼ結晶とその分子配列の模式図(Protein Data Bank ID:1mnz)

実験手法

  • 放射光X線トポグラフィ
  • 原子間力顕微鏡
  • マイクロビッカース硬さ試験
  • 超音波パルスエコー法
  • 引張圧縮試験

主な利用施設

  • Photon Factory / 高エネルギー加速器研究機構(KEK)
  • SPring-8