タンパク質の構造解析
私たちの体は数十兆個もの細胞からなっており、一つひとつの細胞の活動が私たちの「生命」の基本となっている。細胞はさまざまな成分からできているが、なかでもタンパク質は、細胞の構造をつくり、生命活動を推し進め、調節するという大切な役割を果たしている。
細胞の中ではたらくタンパク質は何万種類もあり、それぞれが独自のかたち（立体構造）とはたらき（機能）をもっている。細胞の活動の鍵となるタンパク質の構造と機能を解明することは、生命のしくみを理解する上でとても重要である。また、多くの病気は細胞の活動の不調に由来するので、病気の治療法を開発するのにも大切だ。さらに、動植物や微生物を上手に利用して食料や有用物質を生産するのにも、タンパク質の研究は貢献する。
これまでの研究により、タンパク質の構造を解析するための基本的な手法はほぼ確立されている。生命にとって重要なタンパク質の構造が次々に明らかになり、これに伴って機能の解明も大きく進んだ。だが、タンパク質の中にはまだ構造の分かっていないものも多く存在する。
タンパク質の構造解析
いったいどのような方法でタンパク質の構造は解明されたのだろうか？
1個のタンパク質分子はとても小さく、大きいものでも1mmの1万分の1以下。このため、普通の顕微鏡で観察しても、その構造は見えない。タンパク質の構造を調べるためにおもに使われるのは、「X線結晶構造解析」と「NMR（核磁気共鳴）」という方法である。最近では、電子顕微鏡を用いた「単粒子構造解析」という手法も利用されている。
このうち最も一般的な方法が「X線結晶構造解析」である。X線結晶構造解析は、純度の高いタンパク質を一定量つくり、それを結晶化させてX線をあて、得られたデータを解析するという手順で行われる。
結晶とは、固体のうち、原子や分子が規則正しく繰り返して配列した状態のことをいう。結晶というと塩や鉱物を思い浮かべるかもしれないが、多数のアミノ酸が結合してできた複雑な分子であるタンパク質もそれらと同じように結晶になる。
X線と結晶を利用して分子構造を調べる場合、結晶の品質がとても重要になる。結晶が高品質であればあるほど、よりはっきりと分子の構造を決定出来る。しかし、品質のよいタンパク質結晶を作ることは非常に難しい。どんな条件で結晶を作って良いのかという検討に数年かかるということも珍しくなく、中には10年以上かかっても高品質な結晶が得られず、詳細な構造が分からないこともある。
そこで考えられているのが宇宙ステーションで結晶を造る方法である。宇宙ステーションでは特徴である無重力の状態では、地上のように密度や温度の違いによって生じる対流が起きない。この地上にはない特徴によって、宇宙ではタンパク質の分子が規則正しく並び、地上では得られない高品質な結晶が生成すると考えられている。高品質な結晶が得られれば、今まで解析できなかったタンパク質の構造を知ることができるようになる。
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