J 生体超分子物理研究室研究室原子間力顕微鏡を製作し，急速凍結した生体試料の割断面を解析するための技術開発を行っています．また，膜蛋白質が自己集合して作るサッカーボール様球殻構造体，それらが融合して作るチューブ構造体や平面構造体に関する研究を行い，生体膜の高次構造を人工的条件で制御する方法を開発しています． 2 ）生体イオンポンプの4次元構造機能解析生体膜には色々な種類の能動輸送系が見つかっており， ATP分解エネルギーを利用するもの，基質の酸化エネル * 神山勉教授 Tsutomu Kouyama, Prof. ギーを利用するもの，光エネルギーを利用するものと，実に様々です．しかし，膜内外の濃度勾配に逆らって物質を村上緑助教 Midori Murakami, Assist. Prof. 輸送する点では同じです．当研究室では，すべての能動北島智美技術補佐員 Tomomi Kitajima, Technical Staff 輸送系に共通した作動原理が存在するのではないかとい神田美幸技術補佐員 Miyuki Kanda, Technical Staff う作業仮説の下に研究を行っています．具体的には，光駆動プロトンポンプとして働くバクテリオロドプシンを研究命現象の解析技術が近年飛躍的に進歩し，特に分子対象に取り上げ，膜融合を利用して作成した三次元結晶レベルでの理解は格段に深まっています．同時に，のX線構造解析（ 3 次元）に，時間・pH・圧力などもうひ生命誕生以来の数十億年の間に構築された生物の階層構とつの物理パラメータを加えて（＋ 1 次元），基底状態お造は極めて奥深いものであり，「生命」をより深く理解すよび各反応中間体について立体構造を求めてきました．こるには，異なる階層で起こっている現象を包括的に解明の 4 次元構造解析による一連の研究成果を基に，バクテリしていくことが重要であると認識されはじめています．オロドプシンはプロトンだけでなく水分子の輸送をも司る当研究室では，分子レベルおよび細胞レベルで起こって “水分子／プロトン対輸送体”であるという仮説を提唱しいる様々な現象を調べ，それぞれの階層および階層間をました．この研究をさらに発展させるため，未解明のNお支配する法則について研究しています．よびO光反応中間体の構造機能解析，および他の生体ポンプの構造解析にも挑戦しています． 1 ）生体膜の高次構造形成の解明細胞を包む原形質膜，あるいは細胞内小器官や分泌顆粒 3 ）光受容膜蛋白質のＸ線結晶構造解析を包む膜は，厚さが 5 ナノメートルの脂質二重層と，これバクテリオロドプシンの研究で培われた技術を利用しに貫入または吸着して存在する蛋白質から構成されています．これらの生体膜は裏表が区別できる非対称構造体であり，物質輸送や情報伝達など，生命維持に必須な諸反応を促す特殊な反応場を提供しています．そこでは，膜の構成分子の変形・運動に起因する高次構造の形成・消滅が起こり，膜融合に代表される巨視的な変形も認められています．当研究室では，生体膜で起こるこれらの現象を理解するため，生体膜の高次構造の解析およびそのために必要な技術開発を行っています．具体的には，フリーズフラクチャー神山勉教授 J研の構成員一同役型受容体（GPCR）のモデル蛋白質として知られています．市販薬の半数がGPCRを標的分子としており，GPCR の立体構造は創薬研究への応用が期待されているために，当研究室の成果は非常に注目されています．ロドプシンについても 4 次元構造解析を行い，GPCRの活性化機構を明らかにすることを目指しています．て，光エネルギーによって機能を発現する様々な膜蛋白質について構造解析を進めています．これまでに，光合成系の光捕集クロロフィル複合体（LHC-II）および視物質ロドプシンの結晶化に成功しています．最近では，スルメイカのロドプシンの結晶構造解析に成功し，2.5Å分解能で立体構造を解明しました．ロドプシンはG蛋白質共生 http://bio.phys.nagoya-u.ac.jp/ *連絡先 [email protected] FAX 052-789-2436 Fig. 1 バクテリオロドプシン球殻構造体が自己集合した六方晶結晶表面の原子間力顕微鏡像教授：1／助教：1／技術補佐員：2／DC：0／MC：3／G30 student：1 50 Fig. 2 バクテリオロドプシンの立体構造とプロトンチャネル Fig. 3 J研で構造解析された光受容膜蛋白質左上：アーキロドプシン−2の三量体構造，右上：LHC−II球殻構造体の正二十面体構造，下：スルメイカロドプシンの生体膜中での二量体構造大学院生院生指導で配慮している点るよう配慮しています．蛋白質の構造解析に興味のある院生には，高輝度放射光施設（SPring-8）にでかけ，回折データを収集してもらうとともに，先端技術の開発にも挑戦してもらいます．当研究室では，物理的測定手段（分光測定，X線回折，電子顕微鏡観察など）を習得することに加え，生体試料の精製に必要な生化学的手法，及び複雑な構造解析に必要な計算機技術についての知識を短期間に得られ 51