PCB degradation enzyme BphC
(Dr. Toshiya Senda)
タンパク質分子の三次元構造の例
PCB分解酵素BphC （産総研・千田俊哉氏）
Why protein crystallization is important?
タンパク質の結晶化がなぜ重要か？
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| Example of 3D-structure of protein PCB degradation enzyme BphC (Dr. Toshiya Senda) タンパク質分子の三次元構造の例 PCB分解酵素BphC （産総研・千田俊哉氏） |
1) Determination of the 3D-structure of protein
molecules
The biological science has made remarkable progress during the last three decades.
A wealth of information has accumulated on the chemical and physical aspects
of proteins. Nevertheless, the understandings of the relation between the structure
and function of protein are still insufficient. Further investigations are required
to determine the mechanism of life. Although it is estimated that there exist
about 10^11 kinds of proteins in nature, three-dimensional structures of only
less than 10^(3-4) kinds of proteins have been analyzed and registered with
protein data bank until 2001. At present, X-ray diffraction is the only method
for the analysis of the complete three-dimensional structure of protein. Preparation
of a single protein crystal of good quality enough to analyze, is important
for X-ray diffraction. Success of the X-ray analysis extremely depends on the
preparation of a single crystal of protein. The preparation of a protein single
crystal of good quality for X-ray diffraction may often spend several months-years,
because the crystallization of protein has been carried out by the trial and
error method. Studies on the crystal growth of protein is necessary to develop
the general method to grow the high quality protein crystals.
１）タンパク質分子の三次元構造の解析手段として
近年，生物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．自然界には約10の11乗種類のタンパク質が存在すると見積もられていますが，その三次元構造が明らかになったタンパク質分子はまだほんの10^(3-4)種類しかありません．タンパク質分子の三次元構造を解析するための最も一般的な手法はＸ線構造解析法ですが，そのためには，まずタンパク質の良質な単結晶が必要となります．しかしながら，十分な解析を行い得るような良質のタンパク質単結晶を育成することはまだまだ困難で，その育成には数ヶ月-数年かかってしまうことも珍しくはありません．その最も大きな原因としては，タンパク質の結晶化がまだ試行錯誤法に基づき行われていることにあります．そこで，タンパク質の良質な単結晶を育成するための，結晶成長の観点からの研究が重要となってくるわけです．
2) To study physical and
chemical properties of protein molecules
２）タンパク質分子の物理化学的挙動を，結晶成長過程を通じて明らかにする．
タンパク質の結晶化は何も三次元構造解析のためだけではありません．例えば，溶けているタンパク質分子が結晶化する，この相変化過程を詳細に調べることにより，タンパク質分子の物理化学的挙動を明らかにすることができます．例えば，タンパク質結晶の溶解度に及ぼす高圧力の効果を調べることで，タンパク質分子の特定の表面に水が水和する際の体積を見積もることができます．
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| Super photo-sensor made by rhodopsin ロドプシンを用いた超高感度光センサー |
3) Delopment of a super-high-functional
biomaterial
Protein has not been applied as a high-functional materials yet, since an assemble
technique of protein molecules on an inorganic substrate is still quite insufficient.
Development of a hetero-epitaxial growth technique of protein on a semiconductor
substrate is also the target of this project. Growth of an organic semiconductor
interlayer thin film crystal and graphoepitaxy will bring a breakthrough in
realization of a bio-device such as "molecular reactor", "bio-computer"
etc.
３）超高機能性バイオ材料の創成
タンパク質は，それ自身非常に優れた機能を持つ高機能性材料です．もし，様々なタンパク質分子を基板上に訳のわかった向きに自在に 配列させることができれば，バイオコンピュータや分子リアクターなど，現在まだまだ夢物語であると考えられている事柄を実現することも不可能ではありません．そのための鍵を握る技術は，やはり結晶成長です．無機半導体基板の上にタンパク質をヘテロエピタキシャル成長させることができれば様々な応用が開けます．
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