名古屋大学理学部･大学院理学研究科広報誌［ 理フィロソフィア ］April 2007

18 16 12 03 02 08 04︳ ︳ ︳ ︳ ︳ ︳ ︳理 講 理 理 時 蛋 光
学 義 の の を 白 で部 探 先 エ 語 質 動
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12

﹁特
Ｘ集
線
で
探
る
蛋
白
質
の
動
的
構
造
﹂

時を語るもの

吉田耕作博士＿もう少し
わかりやすく
抽 象 的に話をしてくれませんか

先生が東大を停年退官された直前の大学構内は、学生紛争

る美しい理論をつくられるとともに、常にその応用を心がけ、ご自の嵐が吹き荒れ、鉄パイプで武装武装した全共闘系
全共闘系の学生
学生に、総長身で他の分野での有用さを示してこられた。1965年シュプリンの呼びかけで防衛に立ち上がった学生が頭部を打たれ負傷す

ガー社から出版された Functional Analysis （ 関数解析 ）るという事件が起きた。理学部教授会はその期に及んでも、警は、こうした理論展開が歓迎され、6つもの違った版を重ねた。

官隊導入の是非、その場合の条件等で議論が錯綜し、何の結戦後二番目になる大規
大規
ご退官直後
退官直後の19691969年4月、数学
数学では戦後二番論も出せない有様であった。上はそのときの先生の発言である。

模な国際会議
国際会議「函数解析学国際会議」が開かれた。この会議
会議

先生のご専門、関数解析では、個々の関数の性質を調べるよには造反学生たちも全面的に協力し、その準備、運営に支障はり、あるクラスの関数
関数は1つの空間
空間をつくっていると考え、関数関数をあたかもその中の点のように見なして扱う。先生は一般性のあ

時を 語 るものなかった。
（小松彦三郎 東京大学名誉教授）

よし だ こう さく

吉田耕作（1909−1990）
元名古屋大学教授。日本学士院恩賜賞（1967年）

理のエッセイ◎ 堀

寛 生命理学専攻 教授

Human Zoo ：ヒトは獣（ケモノ）、ただ◆写真の説明先生は1931年東大理学部数学科卒業後、ほんのひと月前、Human Zooという新聞記事が目にとまった。オーストラリア南部の州都、大学院に残り、
大学院
2年後年後、
阪大数学科創設に際
阪大数学科創設

アデレードの動物園でのこと。期間限定とはいえ、ヒトの入る檻をつくり、これをHuman Zoo

して助手になられた。そこで同僚の清水辰

とよんで、なんとサルとヒトを並べて観覧していたというのだ。厳しいオーデイションを通過した

南雲道夫＊2らとともにはじめられたの
次郎＊1、

ボランテイアの彼（彼女）が、自身の思うところのヒトらしさを檻の中で演じたらしい。さすがカが『全国紙上数学談話会』という謄写版刷

モノハシやコアラなど生物進化の劇場、オーストラリア。ヒトもケモノの一員であることを巧妙の同人雑誌である。ここに示した創刊号第1
ページは先生の手になる。南雲道夫のバナ
ッハ環の導入、「バナッハ環に埋め込まれた
局所コンパクト群はリー群である」という先生
このの博士論文ができあがっていく様子は、紙上で刻々とおっていくことができる。
1942年名大数学科創設と同時に、先生に演出してしまうことには驚いた。そして「実際、（ 他の）動物ほど面白くはありません」という観客の厳しい批評も好ましい。たしかに「ヒトはケモノの成れの果て」である。
さて、この考えの出発点はいわずと知れたあのダーウィンである。彼の自然淘汰説はヒトの由来を示唆し、「ヒトがケモノから由来した」と推測してみせた。次の衝撃は、
この進化論の影響を受けて、動物の本能とヒトの精神活動を結び付け、精神世界を神秘の呪縛から解き放したフロイトの精神分析だろう。ではヒトとケモノの距離はどれだけか？ この点に関しては教授として赴任され、1953年阪大、そしては近年の分子進化学の成果も大切である。そこでは（筆者もいくばくかの貢献をしたのだが）1955年東大に移るまで在任された。この間

生物種の数では3000万ともいわれる全現世生物の35億年の歴史が1本の系統樹として

の最も重要
重要な業績
業績は1948年に発表発表された「線表されている。ヒトもその中では1本の細い枝にすぎず、兄弟のチンパンジーとわかれたのは形作用素の１径数半群論」
形作用
径数半群論」である。独立
独立に

たかだか600万年ほど前のことである。そして決定的な最後の衝撃は2004年のヒトのゲノム＊3

同年同じ結果を出版したヒレ と合わせて「ヒDNA完読である。これにより、ヒトの全遺伝情報はDNAのA、T、G、Cの４文字で書かれた

レ−吉田の定理」として知られる。これは、塩基配列として記載され、それ以上でも以下でもないことが示されたのだ。

t0 を強連続
強連続な径数径数とする指数関数
指数関数 e tAのヒトのゲノムはこうして他生物のゲノムとも容易に比較可能となった。だが比較すればする理論である。先生は、これを有界線形作用

ほど、その差の少なさには驚くのである。
「ヒトのゲノムとメダカのゲノムを比べるとわかるの

t ＝0での微係数微係数として素の半群半群とみなして、定義される生成作用素A が満たすべき必要十分条件を与えた。これが容易に検証できる条件
条件であったため、
ヒレ−吉田の理論
理論は、
加藤敏夫＊5、直後から先生直後
先生ご自身、
伊藤清＊4、
藤田宏＊6など多くの人たちによって偏微分方
偏微分方
程式論、確率過程論等
程式論
確率過程論等の基礎基礎として広く活用された。
先生は、これらの功績により、1967年に日本学士院恩賜賞を受賞された。
写真は吉田博士直筆
写真
博士直筆の同人雑誌
同人雑誌『全国
全国
紙上数学談話会』創刊号第１ページ。
＊1 清水辰次郎（1897−1992）元大阪大学教授＊2 南雲道夫（1905−1995）元大阪大学教授＊3 E. Hille（ 1894−1980）元エール大学教授ですが、その95％以上の遺伝子は同じなんです」などと私は学生に話す。すると、誰でも「エー、あのサカナとヒトとがそんなに似ているの？」とその距離の近さに驚き、また失望もするのだが、今やそれは生物学の常識である。それほどサカナとヒト、
ましてサルとヒトのDNAとしての距離は近い。
では何 が 違えばヒトは人なのか 。もし私 があのアデレードの 動 物 園の 檻の中に入り、ヒトを演ずるとしたら、どのようなヒトを演じてみせるのか。そう、
きっと
ああ

人は獣

牙も毒も棘もなく

ただ痛むための涙だけを持って生まれた
裸すぎる獣たちだ ＊というあの歌びとの詩を謳いながら、辿り着けもしないヒトの 涙の遺 伝 子 なるものを、
いつまでも、
どこまでも追って見せているのかもしれません。
＊「瞬きもせず」 作詞・作曲 中島みゆき
C 1998 by YAMAHA MUS IC FOUNDATION All rights reserved. International copyright secured.
財団法人ヤマハ音楽振興会 出版許諾番号07021P（この楽曲の出版物使用は、（ 財）
ヤマハ音楽振興会が許諾しています。）＊4 伊藤清（1915−）
元名古屋大学助教授、
京都大学名誉教授＊5 加藤敏夫（1917−1999）
元カリフォルニア大学バークレー校教授

Hiroshi Hori

＊6 藤田宏（1928−）東京大学名誉教授

理 の エッセイ

生命理学専攻教授。1945年広島生まれ。広島大学医学部、同大学院卒業。医学博士（広島大学）、
理学博士（名古屋大学）。広島大学原爆放射能医学研究所助教授を経て1992年より現職。専門は進化遺伝学。現在はゲノム進化やチョウの擬態の分子機構に興味をもっている。

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No.12 April 2007

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特集

X 線で探る蛋白質の動的構造

X 線で探る蛋白質の動的構造
蛋白質は、酵素として働いたり、物質の輸送を担うほか、細胞の構築や運動性、さらには免疫に関わるなど、生体内でさまざまな役割を果たしている。
蛋白質の構造やその働きを研究することは生命現象探究の大きなテーマの 1 つだ。
その研究手段として注目を集めているのが大型放射光施設である。
世界有数の放射光施設である SPring−8 を利用した蛋白質研究の最前線に立つ 2 人の研究者に語っていただいた。
（ 2006 年 12月 2日、第 12 回理学懇話会より）

光で動くプロトン ポンプ
神山

勉 物質理学専攻教授

細胞膜の不思議な働き
生き物が生きていくためには、エネルギーが必要です 。私たち人間も、食べ 物を毎日食
べて、食物中の物質を分解することでエネルギーを得ています 。最近、蛋白質の働いているときの構造を、詳しく分析することが可能になってきました。生物の中のミクロな世界に踏み込むことで、エネルギーを取り出す 巧 妙な仕組みが見えてきたのです。
ここでは、光エネルギーを利用して「陽子」＝「プロトン」を運ぶ蛋白質を紹介したいと思います 。細胞膜や細胞内小器官を包む膜ではいろいろな物質がさかんに輸送されています。プロトンポンプとは、プロトンを能動輸送する蛋白質のことです 。生命体は、
プロトンポンプが 膜の 内 外に生み出したプロトンの 濃 度
差を、生 体 内の「 石 油 」に相当するアデノシン三リン酸という高エネルギー化合物の合成に利用しています。
約 3 5 年 前 、塩 湖に生 息 するバクテリアの細 胞 膜から「 第 二の光 合 成 系 」が発 見されました。この「 光 合 成 系 」はバクテリオロドプ
シンとよばれる一種類の膜蛋白質＊1で構成され、色素としてレチナール＊2を含みます（図1）。

Tsutomu Kouyama

"

1951年生まれ。1974年名古屋大学理学部卒業、1979年同理学研究科博士課程満了。カリフォルニア大学サンフランシスコ校などでポスドク生活を5年間、理化学研究所の研究員として11年間過ごし、1995年より現職。

特 集 ＿ X 線で探る蛋 白 質 の 動 的 構 造

バクテリオロドプシンという命名は私たちの目の中で光受容体として働くロドプシン＊3との類レチナール

図1 バクテリオロドプシンの構造
主鎖構造をリボンモデル、
荷電性のアミノ酸残基を赤色または青色のスティックモデルで表示。中央の紫色で示した部分がレチナール。水色の球は水分子を表す。緑の矢印はプロトンの移動経路を示す。

図2 膜融合法によるバクテリオロドプシンの3次元結晶の作成
シート状の2次元結晶をサッカーボール様膜小胞体に変換した後、膜小胞体を互いに融合させ、平面膜が積層した結晶を得る。

似 性に由来しますが 、
ロドプシンが光の明 暗を検 知 するのに使われるに対して、バクテリ
オロドプシンは光で駆 動 するプロトンポンプとして働いています。

生体高分子を結晶にする
X線を使う分子の構造解析は、よく使われる方法です 。放射光の出すX線は、ビームがきれいにそろっているので、小さい結晶をシャープに照らすことができます 。結晶の構造に応じて、散乱されたX線は規則正しい模様を描きます 。この模 様を分 析 すると、分 子の構造を知ることができます。
兵 庫 県にあるS P r i n g−8は、世 界 最 高 性
能の放 射 光 実 験 施 設で、私たちの研 究もこ
置 づけられています 。しかし、水に不 溶であの施設のX線を利用したものです。
バクテリオロドプシンは細胞膜上で、5ナノメーるため、結晶化するのが非常に難しいと考え

トル（ 5×10 m ）ほどの薄い二次元結晶を形られてきました。そのような状況の中で、私た成しています 。しかし、結 晶 構 造を調 べるに

ちは膜 融 合 法とよんでいる結 晶 化 法を開 発は少なくとも0.1mm角の三次元結晶が必要しました（ 図2 ）。この方法では、シート状構造です 。これより小さくては、散 乱されるX 線 量

体からサッカーボール様 膜 小 胞 体 への変 換が足りません。この結晶づくりが難しく、良質をうながし、ついで、膜 小 胞 体が互いに融 合−9な結晶をつくるのに、研究者は苦労しています。

するのをうながします 。このような過程を経る＊4

ことにより、座布団状の膜小胞が積み重なっ

膜 蛋白質は、創 薬に関 する蛋白質 科 学の研究推進においては最重要ターゲットと位てできた結晶を得ることができました。

＊1 膜蛋白質
細胞膜や細胞内小器官を包む膜に存在する蛋白質のことで、
生
理活性をもつ状態では水中に溶けだすことはない。細胞質中に漂って存在する水溶性蛋白質と区別するのに使われる。
＊2 レチナール
ビタミンAの誘導体で、蛋白質に結合すると、緑色光ないし黄色光を吸収するようになる。そのため、レチナールを結合した蛋白質の多くは、紫色ないし赤色を呈する。
＊3 ロドプシン
命名はバラ色を意味するギリシャ語に由来する。
＊4 創薬に関する蛋白質科学
脳内細胞などの細胞膜には多種類の情報伝達物質の受容体が存在する。それらの構造情報が得られると、多くの病気を治療するための薬を効率的に開発できるようになる。

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No.12 April 2007

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特集

X 線で探る蛋白質の動的構造

図3 バクテリオロドプシンの光反応に伴う変化
バクテリオロドプシンの光照射前（bR 570）
および反応中間体（M 410 ）の構造（左図）。光反応に伴い、活性中心にあるレチナールの構造が変わる。水分子が細胞質側に移動すると、レチナールからプロトン（H+）がはずれ、細胞外側に移動する（右図）。

図4 「プロトン（H +）／水分子（H 2 O）対輸送」のイメージ

バクテリオロドプシンの構造変化
私たちはこのように作成した結晶を用いてもう少し詳しく説明しましょう。プロトン輸送

ではなく、『プロトン／水分子』の対輸送体でバクテリオロドプシンの反応状態の構造を調サイクルがスタートするのは、
レチナール色素ある」という説を、私たちは提唱しました。すな

べてきました。

が光を吸収して全トランス型（＝直線状の構造）

わち、細 胞 外 側の領 域にあった水 分 子が細図 1に示した光 照 射 前の 状 態では、蛋白から13−シス型（＝「く」の字型の構造 ）に異

胞 質 側に移 動 することで、プロトンが細 胞 質

質の中 央を貫くプロトン輸 送 経 路に沿って9性化するときです（ 図3 ）。レチナールの構造

側から外側方向に流れる経路がつくり出され個の水分子が存在しています。それらのほとが変わると、
まわりのアミノ酸残基が押しのけるのであろう、と私たちは考えています（図4）。

んどがレチナール結 合 部 位から細 胞 外 側のられ 、そのわずかな構 造 変 化が蛋白質 全 体

私たちの主張は、現時点では、
まだ仮説段

表 面に至る輸 送 経 路に偏って存 在しているの構造変化へと伝播し、いくつかの特徴的な階にあると考えています。たとえば、水分子にのが特 徴 的です 。数 珠 繋ぎになった水 分 子

構造を現しながら最終的には数ミリ秒で始状

は番 号がついてないため、どの水がどのようを介してプロトン移動が起こるのであろうとの態に戻ります 。この間に1個のプロトンが細胞に動いたかは決めることはできないではないか、考えがありましたが、その考えにたてば、反対質側から細胞外側に輸送されます。

という反論があります 。また、水分子の動きを蛋白質内の水分子の役割もあります 。後 者の問いには、蛋白質 内の空制 御している機 構はなんなのか 、という質 問側（ 細 胞 質 側 ）の領 域に水 分 子が存 在しないのが謎めいています。この謎に対する答えを反 応 状 態の構 造 解 析から見つけることが私たちが注目しているのは、
プロトン移動に隙の 形 態 変 化 が 大きな役 割をしていると考できました。結 論からいえば 、反 応 状 態では先立って蛋白質内の水分子が移動するといえていますが 、実 験 的 裏 づけを得るために、細胞質側の領域にも水分子が入り込み、プロう現象です（図3）。このような観測結果をもとに、さらに高 度な測 定 手 法の開 発に取り組んでトン輸送経路が一時的につくられるのです。

「バクテリオロドプシンは単純なプロトンポンプ

いきたいと考えています。

生体超分子物理研究室ホームページ

$

特 集 ＿ X 線で探る蛋 白 質 の 動 的 構 造

http://bio.phys.nagoya-u.ac.jp/

COLUMN

蛋白質の結晶構造解析に活躍する
放射光実験施設 SPring−8

兵庫県の播磨科学公園都市にあるSPring−8（ スプリ果を解析して結晶内部で原子がどのように配列している

ングエイト：Super Photon ring−8GeV ）は、
フランス・かを決定することができる。つまりシンクロトロン放射によっグルノーブルにあり欧 州 諸 国が共 同で運 営 するE S R Fて発生したX線を蛋白質の結晶に照射することで、結晶（ European Synchrotron Radiation Facility）、
アメ構造を観察する。これがSPring−8の仕組みである。施

リカ・シカゴ郊外にあるAPS（Advanced Photon Source）

設は蛋白質の構造解析に代表される生命科学のほかに、とならぶ世界最高性能の放射光実験設備である。

物質科学、地球科学、環境科学、産業利用などの分野で電子を円形加速器の軌道上で光速に近い速度で走多くの研究成果をあげている。

らせると、接線方向に強い電磁波（ X線から可視光まで）

現在 、国や地域ごとにシンクロトロン放射光利用施設が放射される。この現象をシンクロトロン放射とよぶ。これの建設が進み使用が開始されつつある。これは最高のは素粒子の世界を探る高エネルギー物理学実験には好性 能をもつ装 置は世 界に数 台でよいが 、8−9 割の研 究

ましくない現象である。高エネルギー物理学実験ではで課題に応じられる装置が研究現場の近くに必要である、

きるだけ高いエネルギー状態で素粒子を衝突させようととの考えによるものだ。他方、もっと高い性能をもった光源するが、シンクロトロン放射のため粒子は次第にエネルギー（高輝度、高指向性など）を求めてＸ線自由電子レーザーを失うからである。
しかし、逆にX線の光源として見ると、ビーも建設されようとしている。生命科学の研究 、とくに蛋白ムの平行性が高い、輝度が高い、波長を（ほぼ ）任意に質の構造から生命機能を解明しようとの立場からは、
ど選べる、という優れた特性をもつ。

の程度の性能をもった装置がどの程度の距離にあれば一方、X線には結晶格子によって回折されるX線回折とよばれる現象がある。これを利用して、X線の回折の結効率的で有意義な研究が可能なのか、慎重に検討する必要があろう。

SPring-8全景（前田雄一郎）

写真提供：（財）高輝度光科学研究センター-

No.12 April 2007

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特集

X 線で探る蛋白質の動的構造

蛋白質分子の動態と機能の関係ー

動きがおかしい蛋白質は病気を起こす？ー

前 田 雄 一 郎 生命理学専攻教授

Yuichiro Maeda

1947年栃木県生まれ。東京大学理学部物理学科卒。名古屋大学理博（ 1978 ）。EMBL（ 欧州分子生物学研究所 ）グループリーダー（ 8 年間 ）、
松下電器国際研究所所長（ 6 年間）、理化学研究所主任研究員（ 8 年間 ）を経て、2004年より現職。専門は、蛋白質の原子構造と動態に基づいて細胞の機能を解明する構造生理学。

「筋収縮の調節」の仕組み
私の専門は筋肉の収縮を調節するメカニ

2種のフィラメントの間の滑りの結果です 。そ離を繰り返すことが原因であることは間違い

ズムの研究です。蛋白質の構造を解明して生の滑りの力はどのように発生するか？ 詳細ありません。

理学の課題を解く学問ということができます。

はまだわかっていませんが、「太いフィラメント」

次に「収縮の調節」について。調節メカニ

本日は、研究の現場で実際に考えていること

上にミオシン分子の頭部が突起として並び、
こズムとそれを担う蛋白質を発見したのは当時をありのまま、しかし専門家でなくても理解でき

れが「細いフィラメント」のアクチンと結合・解東大におられた江橋節郎＊1さんです 。江橋さるようにお話したいと思います。
基礎知識として、
まず「筋肉の構造」、
そして「収縮のしくみ」について説明します。私たちの手足の骨格筋も、心臓の筋肉（ 心筋 ）も、筋細胞（筋繊維）

光学顕微鏡で観察すると横紋が見えます。これら横紋筋の薄い切片を電子顕微鏡で観察すると、ミオシンという分子からなる「太いフィラ

筋原繊維

メント」と、主にアクチンという分子からなる「細いフィラメント」が規則的に配列しており、その配列が横紋（蛋白質濃度の大小）の原因になっていることがわかります（図1）。筋肉の収縮は&

特 集 ＿ X 線で探る蛋 白 質 の 動 的 構 造

細いフィラメント
分子模型

図1 横紋筋の構造
筋細胞は筋原繊維の束である。筋原繊維に横紋が見えるのは、「太いフィラメント」と「細いフィラメント」の規則的配置による。
江橋らが提案した「細いフィラメント」の分子模型は「筋収縮のカルシウム調節」のメカニズム研究の出発点となった。

んは弛緩因子を探す目的で研究を開始し、ついに筋細胞内でのカルシウムイオン（ Ca 2+ ）が担う信号伝達システムの全貌を発見しました（図2）。弛緩状態の筋肉細胞の中では、Ca 2+
濃度は1リットル当たり10−7モル以下と、非常に低く抑えられています。それは細胞中の筋小胞体という袋の働きです。筋小胞体の側面には多数のカルシウム汲み上げポンプがあり、それがいつも働いて細胞内のCa 2+ 濃度を非常に低く抑えるとともに、筋小胞体内にCa 2+を蓄えます。脳からの「収縮せよ」という指令が筋小胞体に届きますと、その両端にあるカルシウ
ム放出チャネルから細胞の中に向かってCa 2+を放出します。
こうして細胞内のCa 2+ 濃度が一過的に上は世界中の研究者の知的興味をおおいに刺白質分子の原子構造（ 原子の座標 ）を知らな

昇します 。この濃度上昇によって「細いフィラ

激しました。Ca 2+ がトロポニンに結合する、そくてはならない、今や分子模型から原子構造メント」の上にあるトロポニンにCa 2+が結合し、の信号がトロポミオシンに伝わる、それがアクの解明に向かう時だ！ 1972年に名大の大トロポニンは「細いフィラメント」を「on」状態とチン全体に伝わる、そしてトロポニン、トロポミオ

学院に入って研究を始めた私も、原子構造をします。その結果ミオシンの結合・解離が回転

シン、アクチンの分子数の比が1：1：7である、
こ

解 明してカルシウム調 節のメカニズムを解 明し始め収縮が開始されます。
「収縮せよ」とのれまで未知であったトロポミオシンの局在も役する研究に飛び込みました。

指令が止むと、Ca ポンプだけは働いている

割も明確になった。この分子配置は美しい！

ので、細胞内のCa 濃度は下がり、
トロポニン

しかし具体的に何がどう伝わるのだろうか、
そからCa は解離し、「細いフィラメント」は「off」のメカニズムを知りたい！ より深くメカニズムとなって筋は弛緩します。

を知るには分子模型では不十分で個々の蛋

2+

2+

2+

＊1 江橋節郎（1922−2006）
生理学者。カルシウムイオン濃度の変化が細胞のはたらきの開始・停止に使われていることを世界で最初に示し、トロポニンを発見した。
文化勲章受章者。

江橋さんたちは一連の仕事の締めくくりとして、「細いフィラメント」の分子模型を提案しました（ 図1 ）。1969年のことです。当時、江橋さん本人もこの分子模型をそれほど重要だとは考えなかったようです。しかし、この分子模型

図2 神経の興奮から筋収縮への信号伝達経路とカルシウムの役割
カルシウム放出チャネル、
トロポニン、
カルシウムポンプの3つの「分子装置」はすべて江橋らによって発見された。

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No.12 April 2007

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特集

X 線で探る蛋白質の動的構造

分子スイッチの解明
これから私たちの1998年の仕事についてのことを語っていました。私たちは、Ｃ領域で説明します。私たちは、
カルシウム調節の中心の疎水性部位とトロポニンI（ 1−47 ）の側鎖のにある蛋白質 、
トロポニンの結晶構造解明に入り組み方の詳細を知りました。同じような側

取り組みました。
トロポニンはC、I、Tとよばれる鎖の入り組み方を相似のＮ領域にも想定する

3つのポリペプチド鎖それぞれ1本から成り立っと、その結合相手はトロポニンＩ（ 117−127 ）のている3量体 です（ 図1 ）。名前はそれぞれ部分に違いないと予測できたのです（図3D）。

の役割分担を表しています。Cはカルシウム結しかもこの部分にすぐ隣接する部分は、以前

合、Iはアクチン・ミオシンの結合阻害、Tはトロより、アクチンに結合してアクチンとミオシンの

ポミオシン結合です。

結合を阻止するブレーキ部であるとわかって＊2

私たちはまず小さな複合体から始めようといました。

いうことで、「トロポニンC」が「トロポニンI」のそうすると、
ストーリーはできてきます。Ca 2+（ 図4A ）。また、この結晶ではCa 2+ 結合部位

小さな断片と結合した小さな複合体を結晶にがＮ領域に結合してＮ領域の傘を開く。傘がのすべてにCa 2+が結合していましたので、トロしました。その当時 、トロポニンCの単独の結開いたところに、
この117−127が引き込まれる。

ポニンCのN領域でのトロポニンIとの結合の晶構造はカナダのグループが解明していました。

隣接するブレーキも付いてくるのでブレーキが構造が見えました。そしてそれは予想したとおこれは蛋白質としては非常に特異なかたちを

アクチン上から外れる。つまり、Ca の結合がりでした。こうして私たちは、Ca 2+ 結合によってしていて、N領域とC領域に分かれ、真ん中を引き起こす分子スイッチの仕組みが見えてき駆動される分子スイッチを解明しました。

一本のアルファヘリックスが結んでいるというたわけです 。結晶構造を解いて蛋白質―蛋

しかし、
このCa 2+ 結合の信号がどのようにト亜鈴形をしています（図3A）。

白質の結合の詳細を「見る」ことはやはりすご

ロポミオシンに伝わるのかについては全然わ

2+

C領域、
Ｎ領域は互いによく似たかたちをしい。同時に、「見た」構造を基に「まだ見ていからないままです。また、カルシウム調節のメカていて、それぞれ2つのCa 2+結合部位がありまない」構造を予測するという科学的推論も重ニズムの全体を理解するには、
やはりトロポニン、す 。結晶中では、Ｃ領域にはCa 2+ が結合し、要です。

トロポミオシン、
アクチンすべてを含む複合体の結 晶 構 造を解いて、原 子 構 造を知る必 要

開いたキノコの傘のようなかたちをしていました。

しかし、これを発表したときには、多くの人はＮ領域にはCa は結合しておらず 、キノコのすぐに信用してくれませんでした。科学的推があるでしょう。これからやるべきことがたくさ

傘も閉じていました。このＮ領域にCa 2+ が結論はあくまでも推論ですから、実験的に実証しんあります。
「細いフィラメント」上のトロポニン

合すると、Ｃ領域と同じように傘が開くこともN

なくてはならない。それで私たちは、
トロポニン

分子（図4A）の向きすらまだわかっていません。

ＭＲの測定からわかっていました（ 図3B ）。傘

3量体の結晶構造を解きました。2003年のこ2+

揺れの異常が心臓病を引き起こすが開くとそこにはトロポニンIの一部が結合すとです。この結晶構造で初めて、トロポニンがると考えられていました。つまりＮ領 域とＣ領発見されてから実に38年目にして、3本のポリ

これからの研究として有望だと考えている域という2つの傘があるので相手のトロポニンI

ぺプチド鎖がどのように絡み合って1つの分子計画についてお話をします 。
トロポニン3量体にも2つの（トロポニンCとの）結合部位があるをつくっているのかその全体像がわかりましたの結晶構造を解いたときに、ちょうど九州大学

だろう、と考えられていました。そしてＣ領域の結合相手はトロポニンIの残基1−47の部分であることがわかっていた。
しかしＮ領域の結合
相手はまったくわかっていませんでした。
そこで私たちはとにかくトロポニンＣとトロポ
ニンI（ 1−47）の複合体の結晶をつくり、ここでの2分子の結合の様子を知ろうと考えました。
こんなちっぽけな複合体ですが、蛋白質と蛋白質の結合を実際に結晶構造で見ることはとても大事です。最先端の大型計算機といえども蛋白質同士の結合の様態と場所を未だ予測することができないからです。しかし得られた結晶構造（図3C）は私たちが予期した以上

特 集 ＿ X 線で探る蛋 白 質 の 動 的 構 造

Vassylyev D, et al. (1998) PNAS 95:4847- 4852

図3 トロポニンＣとトロポニンＩの結合
蛋白質をリボン表示している。A. トロポニンＣ単独の結晶構造。
Ｃ領域には2つのCa2+（銀色の球）が結合し構造は開いている。それとよく似たＮ領域にはCa2+が結合していないため構造は閉じている。B. Ｎ領域にCa2+が結合すると構造が開く。C. 1998年に私たちが発表した構造。開いたＣ領域にTnI（ 1-47）が結合している。D. Ｃをもとに私たちが予測した構造。開いたＮ領域にはTnI（ 117−127）が結合するに違いない。

医学部の大槻磐男・森本幸生グループによる興味深い仕事がまとまってきました。それは「遺伝性心疾患」には「トロポニン変異」で起こる
ものがたくさんあるというものでした。つまり、
トロポニンのたった1つのアミノ酸が他に置き換わっただけで心臓の重い病気になります。若年性の突然死を引き起こし、
とくに男性に多い肥大型心筋症はその一例です。また、拡張性心筋症は心臓移植でしか治療できない病気としてよく報道されます。九州大学のグループは、
そういう家 系の患 者さんの心 臓のトロポニンの結晶構造は Takeda S, Yamashita A, Maeda K & Maeda Y (2003) Nature, 424:35-41 による図4 トロポニン3量体の結晶構造と心臓病を引き起こす変異A. 2003年に私たちが発表した3量体（赤、TnC：空色、TnI：黄、TnT）の結晶構造の上に心臓病の原因となるアミノ酸残基の変異箇所をE244Dなどと図示。点線で示した構造は、結晶に含まれていたが乱れているためか原子位置を確認できなかった部分。TnT1部分は結晶に含まれていない。変異はそれが引き起こす機能変調の型によって色分けしている。B. 機能変調の型（概念図）。縦軸、発生張力。横軸、Ca2+濃度。

異常（ 以下では「変異」
トロポニンとよびます ）の構造領域と要素機能が1対1に対応するよるため、従来の方法は使えません。いままでのを調べて、その変異トロポニンを大腸菌につく

うな単純な話ではないのです 。では何を意味

NMR法が大きな分子を扱えなかったのは、必らせます。それをウサギの心筋に戻します。ウ

しているのか 。これは私の直 感ですが 、この要以上の原子を（スピンをもつ ）同位体原子

サギの心筋とヒトの心筋は大きく違わないため、蛋白質は多分、いろいろ揺れているのだろうとに置き換えているのが原因でした。しかし、首これでも機能の異常は十分再現します 。こう思います 。アミノ酸の置 換があるとその揺れ

都大学東京の甲斐荘正恒さんが10年間の開して研究室の中で、蛋白質の上の1つのアミノ方に異常が生じる。揺れ方の異常が機能変調、

発 研 究 の 後 、今 年（ 2 0 0 6 年 ）発 表され た

酸置換で起こる機能変調を調べることができ

つまり病気という結果になるのではないか。

SAIL法＊4では、必要最小限の原子を同位体揺動を測定する新たな手法

な特殊なアミノ酸20種を人工的に合成して、原子に置き換えます。そのためには、そのようます 。そういう例はたぶんほかの病気の研究ではないと思います。
この実験を繰り返した結果、非常に興味深

これからトロポニンの働きを解明するためにそれを無細胞蛋白質合成系の助けで蛋白質

いことがわかりました。変異トロポニンを30種

は、蛋白質分子の揺れを理解するべきだろうをつくります。この方法を使えば分子量5万か調べたところ、それによる機能変調はたったのと考えています 。構造の揺動が重要であると

ら8万の蛋白質の全原子の測定が可能となり

3 種 類しかありませんでした。張 力― C a 2 + 濃

いう間接証拠はすでにいくつか集まっています。

ます。甲斐荘さんは、2007年4月から名古屋大度の関係を調べると、正常なトロポニンを持つ

しかし、実際に構造の揺れを測定することが学に移られて研究を続けられます 。SAIL法

筋肉に対して、一群の変異トロポニンを持つ必要です。この目的のためにはNMR法 を使の技術を完成させ、今後の世界の標準にする＊3

筋肉ではより低いCa 濃度で大きな張力が出うしかない。正常なトロポニンと心臓病を起こことが目標です 。SAIL法を駆使してトロポニ

ます。つまり、Ca 2+に対する感受性が亢進してす変異トロポニンについて、分子の揺れを実ンという重要な蛋白質の研究を進めた、しかもいます。これを 型の変異とよぶことにします。

際に測定する。分子の揺れが両者で異なるこ

分子内の揺動を知ってメカニズムを知るという型は逆で、Ca に対する感受性が減少しま

2+とがわかれば、その揺れの違いこそが病気を蛋白質研究の新しい地平を拓くことができた、2+す。 型は、Ca 濃度によらずに、張力が2割起こす原因なのではないか。逆にトロポニンのということになれば、SAIL法もまた広く使われ方ふえています。

働きの原因が分子の揺れにあることがわかっるようになるでしょう。

2+

心臓病の機能変調が3つの型だけである、てくるのではないかと我々は期待しています。

ということは何を意味するのでしょう。これはカ

ここで新しい点は、蛋白質分子の構造そのルシウム調節」のメカニズムを2つか3つの要ものではなく、構造の揺れ（ 動態 ）が機能の直素メカニズムに分解できることを示していると接の原因ではないかと考える点、実際に動態考えています。さらに重要なことに気が付きまを測定する点 、さらには人工的変異を使うのした。 型、 型、 型の異常を起こすトロポ

ではなく、実際に遺伝病を引き起こす変異をニンの上のアミノ酸の位置を私たちの結晶構使うという点にあります。

造の上に図示しました（ 図４）。そうすると、特今 、N M R 法を使うと申しましたが 、従 来の定の型の機能変調が蛋白質のある特定の空蛋白質NMR法では、分子量が2万までしか測間的な部分に集中しているのではなく、全体定できないとの制限がありました。
トロポニンのに散らばっていることがわかりました。蛋白質

場合には、中核部分だけで5万の分子量があ超分子機能学講座超分子構造学グループホームページ＊2 3量体
3つのポリペプチド鎖（蛋白質分子）が結合して形成する複合体。
＊3 NMR法
核磁気共鳴法。原子核のスピンと外部磁場（ラジオ波）の相互作
用から原子相互間の距離と原子の揺動を知る方法。
この方法によって水溶液中の蛋白質の原子配置と原子の揺動が解明できる。
＊4 SAIL法
立体整列同位体標識法。NMR法のための蛋白質調製法。NMR
法を蛋白質に適用するには、炭素原子等を同位体原子に置換する必要があるが、同位体原子のみを含む培地中で大腸菌に蛋白質をつくらせるとすべての原子が置換され逆にNMR信号が過多となり構造解明に支障を来す。SAIL法はこの問題を解決するために考案された。

http://bunshi3.bio.nagoya-u.ac.jp/bunshi3/index.html-

No.12 April 2007理 の 先 端 をいくI

革 命 前 夜の物 理 学
タウ・レプトンの崩壊探索から未知の素粒子世界の発見に挑む
大 島 隆 義 素粒子宇宙物理学専攻教授

素粒子と宇宙宇宙はビッグバンで始まり、膨大なエネルギー記す ）。この結果、粒子と反粒子の自然法則の背後に潜む「質量」を生成する未知の「ヒッ＊1から素粒子と反素粒子 が同数生まれた。そに極々わずかのバランスの崩れが生じ、粒子

グス粒 子 」＊4 の存 在を予 言 する。さらに「 標こは想像を絶した高圧・高温＊2 の、高エネルギー

が優勢となった。このバランスの崩れのために、準理論」を超えて、宇宙創世の高エネルギー

素粒子のみが存在する極微の世界である。

宇宙、
わが銀河、地球、
さらにはわれわれ自身

世界ではわれわれの知る電磁気力、強い力、自然法則も対称で、シンプルだった。

が、「粒子」からなる「物質」でつくられた。
「反

弱い力の三 種の力（ 図 1 ）は「 大 統 一 」され宇宙の膨張とともに温度が下がり、水蒸気が水に姿を変えるように真空に相転移が起こ粒子」でできた「反物質」の宇宙は、見つかった単一のものであった、と現代の研究は推測

ていない。

し、
「超対称性粒子」（ 図1 ）とよぶ未 知の粒る。真空の対称性が破れ、素粒子が質量をもこの「 標 準 理 論 」＊3 シナリオは粒 子・反 粒

子 世 界の 存 在をも予 言 する。これらの 超 対

つようになる（ 以下 、素粒子を単に「粒子」と子世界のバランスの崩れを必然的に導き、そ称性粒子群を、以下、スーパー粒子とよぼう。

Takayoshi Ohshima理 の 先 端 をいく Ｉ

1946年大阪市生まれ。名古屋大学大学院理学研究科博士課程修了。米国ロチェスター大学研究員、東京大学原子核研究
所助手、高エネルギー加速器研究所助教授を経て1995年より現職。専門は素粒子実験物理学で、Bファクトリーでの粒子・反粒子の対称性の破れ、
タウ・レプトン崩壊での未知の現象探索など。

図1 素粒子ファミリーのモデル
積み木の左は基本粒子であり、上の二段は陽子や中性子などを構成するクォーク、下の二段は電子やニュートリノなどのレプトンを示す。上から下への4つの粒子ごとにファミリーを構成し（たとえば、u, d, e, e）、
左から右へと大きな質量をもつ。本文に登場するタウ粒子は第三ファミリーのレプトンである。右の積み木には、電磁気力を介在する光子（γ）、
強い力で原子核を構成するグルーオン（ g ）、
原子核の崩壊を引き起こす弱い力のボゾン（W, Z）を示す。球「H」と示したのはヒッグス粒子であり、これらが標準理論の素粒子たちである。背後にこれらの素粒子たちとは瓜二つだが、スピン量子数が異なる「超対称性粒子」群が控える。なお、
クォー
クは電磁気力、強い力、弱い力の三つの力と作用するが、タ
ウ粒子を含む荷電レプトンは電磁気力と弱い力、電荷をもたないレプトンであるニュートリノは弱い力にのみ作用する。

超対称性粒子

ν

図2

New
World

電子・陽電子衝突型加速器KEKBファクトリーのBelle素粒子検出器

写真はKEK（高エネルギー加速器研究機構）
におけるBelle 素粒
子検出器の建設最終段階の風景。円筒型検出器を側面から見たところで、電子ビームが写真右から検出器中心軸を通り入射し、逆方向からの陽電子ビームと検出器中央で衝突し素粒子反応を起こす。本学出身者の小林・益川の理論は標準理論の骨格を構成するものであり、対称性の破れを必然のものとして説明する。これを実験的に検証するのがBファクトリーであり、私たちのグループはBelle国際共同実験（13カ国、400名の研究組織）の最大規模の大学チームとしてB物理ならびにタウ物理の研究に従事している。

タウ・レプトン
ヒッグス粒子

標準理論

未知の粒子を求めてスーパー粒子は、「質量」が陽子質量の数

速器施設「Bファクトリー」でのBelle（ ベレ）

向 上しており、未 知の 崩 壊 が 現れ 得る感 度

百倍から数100万倍と推定される。アインシュ

国際共同実験（ 図2 ）において、従来の数百領域にはすでに踏み込んでいる。

タインの示したように、「エネルギー」と「質量」倍におよぶ10億個のタウ粒子崩壊事象というは等価である（ E = m c 2 ）。陽子質量の数100

膨大なデータを収集し、本学の高エネルギー

大発見はなかなか容易に起こらない。

万 倍＝10 電 子ボルトは大きすぎて、現 有の実験データ解析施設の高速コンピューター・シ

新事象の出現をてぐすねを引いてまっている

加速器の限界、
10 電子ボルトを大きく超える。

ステムを集中的に活用し、
かつ、ユニークな物段階である。

したがって常 識では、未 知の粒 子を生 成し、

理解析法を考案して、50種におよぶタウ粒子

その存 否を検 証できない。しかし、素 粒 子の崩壊様式を、
世界最高の感度で追求している。

世界は「量子力学」の支配する極微の世界一 例として、
タウ粒 子がミュー粒 子と光 子であり、「不確定性原理」＊5 がはたらく。極々に崩壊する反応（τ→μγ崩壊）
をみよう
（図３）。

短時間の現象に限れば、確率は相当小さいが、既知の物理機構に従えば、
このような崩壊は

不 確 定 性 関 係のためにエネルギーが 大きく起こりえない。ところが、
スーパー粒子が存在

ゆらぎ、10 電 子ボルトの 高いエネルギー状

すれば 、十 分 実 験 的に検 出できる頻 度で崩態も存在し得る。その時 、スーパー粒子が極壊が起こり得る。このような未知の反応事象

短時間あらわれ 、標準理論では起こりえないを見出せば、即 新しい物 理 現 象の大 発 見で粒子反応を生み出す可能性がある ！

あり、未知の素粒子世界が存在することの証

15

12

15

崩壊の物理過程がよく知られ、かつ最も重明となる。これらの粒子の存在は荒唐無稽ないレプトンである「タウ」粒 子（τ）
（ 図 1 ）はこ

ものでなく、多くの実験、理論研究から予測されら未知の粒子の存在に極めて感度が高く、れ 、今の 加 速 器で到 達しえるエネルギー限

通 常 起こりえないと考えられる崩 壊 様 式＊6を界の「ほんの鼻先」にある、と推論されている。

引き起こすと期待される。しかしながら、その本 研 究をはじめ、多くの探 索 実 験が 世 界

発生頻度は、未知の物理のため確定的にはで進行中であり、どこから新しい素粒子世界

予測できない。

が 顔を出 すか 予 測はつかないが 、ぼつぼつ

私たちの研究グループは、世界最高の衝突

発 見に至るであろうと期 待されている。デー

強度を誇るわが国の電子・陽電子衝突型加タ量の蓄積とともにわれわれの探索感度は年々

（a）

（b）

τ

N

μ-

τ

π

+

*
仮想中間状態

CRYSTAL BALL

ν e

μ

-

（c）崩壊分岐比（探索感度）
10- 4

DELPHI
ARGUS

ττ+

γ

μ-

e+

Belle

CLEO
CLEO

10- 6

BaBar

γ
10- 8

Belle

mSUGRA with seesaw
SUSY SO (10 )SM with seesaw
1990

高エネルギー素粒子物理学研究室ホームページ

τ→μγ
τ→eγ

2000

2010 Year

＊1 反素粒子
反粒子とは粒子と瓜二つであるが、電荷などの基本的な量子数が逆の符号をもつ素粒子をいう。身近な素粒子である電子（マイナスの電荷）の反粒子は、
プラスの電荷をもった電子、陽電子である。
＊2 高温
ビッグバン直後の10−37秒では10 28度の温度である。太陽の表面温度は6000度、現宇宙は 3 度（ケルビン）である。
＊3 標準理論
図1のクォークとレプトンを大きさのない基本粒子とし、「場の量子論」とよばれる対称性にもとづく理論体系により素粒子間の３種の相互作用を理解する。いままでのところ、すべての実験事実
は標準理論により矛盾なく説明できる。
＊4 ヒッグス粒子
素粒子に質量をもたせると考えられている未発見の素粒子である。
＊5 不確定性原理
この原理によれば、極微の世界では物質の状態を表す物理量を、不定性なく完全に決めることができない。位置と運動量、時間とエネルギーの関係は、一方を精度よく決めれば、他方の不定性が大きくなる。
＊6 崩壊様式
ここでは、レプトンについてのある種の量子数が崩壊の前後で不変であるとする「レプトン・フレーバ保存の法則」が破れること（LFV：レプトン・フレーバ・バイオレーション）をいう。

図3 τ→μγの反応（a）超対称性粒子（ B ,τ,μ）が中間状態として介在し、τ→μγの崩壊を引き起こす。
（b）実験で測定するτ→μγ崩壊の様子を示す。
電子・陽電子が衝突消滅し、
タウ・レプトン対ができる。一方のタウ（−）
は探索するLFV事象μγに崩壊するが、他方のタウ（＋）は既知の崩壊様式の1つに崩壊する。現在までのところ、数億個のタウ崩壊を探索したが、
1つもμγ事象は発見できていない。つまり、未知の粒子は非常に大きな質量をもつ。
（c）
τ→μγならびにτ→ eγ探索の推移を示す。横軸に年代を、縦軸に探索感度（崩壊頻度）をプロットする。
各種の理論計算は、黄色で示された領域に反応が起こり得ることを予測する。 Belle と記したわれわれの研究はLFV崩壊事象が現れる領域にすでに突入している。

http://www.hepl.phys.nagoya-u.ac.jp/-

No.12 April 2007!

理 の 先 端をいくII

海 洋 生 物 由 来の 切れ者 分 子 の謎
誰が何のためにつくるのか
上 村 大 輔 物質理学専攻教授

海洋生物はなぜ 切れ者分子 の宝庫か
近 年 、海 綿やホヤなどの海 洋 生 物から極めて少 量でヒトや生 物に特 異な作 用を示 す
化合物が数多く見出されてきた。これらの 切
れ 者 分 子 ＊1 はその特 性ゆえに生 化 学 研 究用試薬や医薬品開発の端緒として役立ってきた。しかし、これらを誰が何のためにつくるのかは永年の謎であった。フグ毒はふぐ特有のものではなく西表島のツムギハゼやアメリカのカリフォルニアイモリなどにも存在することがわかり、何か共通の真の生産者がいると予想された。多くの研究者が血眼になってこれを探し、ありふれた海洋細菌がわずかではあるがフグ毒を生産することまではわかったが、高濃度に蓄積する理由は依然不明のままである。
フグ毒の真の生産者が海洋細菌であるなら、他のいわゆる切れ者分子も細菌が生産しているのではないだろうか 。海綿などは海水中から微細な藻類や細菌などを濾しとり食物としているようである。また、ある種の海綿動物
では体の何と容積にして40％が共生する細菌であり、自己の細胞を越える数の細菌が棲息しているといわれる。このように海 洋 細 菌の濃 縮 体と考えられる海 洋 生 物は有 用な切れ 者 分 子の宝 庫として、近 年 精 力的な探 索
研 究の的となった。一 方 、自らは移 動できな
いこれらの生物は栄養分の少ない海水中にあっては細菌の絶好の標的となり得るが、抗菌 性 物 質を蓄えることによる防 御 機 構 が 働いているとも考えられる。この 辺りが 切れ 者

Daisuke Uemura

1945年岐阜県生まれ。1973年名古屋大学理学部化学科博士課程単位取得退学。同年助手、1979年静岡大学教養部助教授を経て、1991年同教授、1997年より現職。日本化学会進歩賞（1977年度）。日本化学会賞（2005年度）。専門：天然物有機化学、
生物分子科学" 理 の 先 端 をいく ＩＩ

分子蓄積の理由を解く鍵かもしれない。以下、私の手がけた2つの研究成果を紹介する。

図1 抗腫瘍性物質ハリコンドリンB
クロイソカイメン（ 左下、断面図において藍藻類がみられる）から発見した、
ポリエーテルマクロライド、ハリコンドリンB（上）。この分
子の右半分から設計した誘導体（右下）は、有望な制がん剤として臨床試験が進められている。

図2 タコクラゲ
褐色の足部分には多数の共生藻が棲息している。体長約4cm。共生藻の光合成産物により、光さえあれば密封容器内でもしばらく生きることができる。

図3 シンビオジノライド
共生渦鞭毛藻（右、
直径約20μm）由来の新規ポリオール化合物。このように高度に酸素官能基化され、長い1本の炭素鎖からなる化合物群は、
海洋
生物独特の産生物質である。

クロイソカイメン由来のハリコンドリンB
房 総 半 島 以 南の潮 間 帯でよく見られるク関与すると予想された。そこで、さまざまな共研究では苦しい場面にしばしば遭遇するが、ロイソカイメンから、腫瘍細胞の増殖を強力に生 藻の単 独 培 養を試みた。そこで発 見した

そこを超えなければ自然の深淵なる仕組みに抑えるハリコンドリンB（ 図1 ）と名付けた分子シンビオジノライド（ 図3 ）は藻類自身に対して感 嘆 する喜びに浸ることはできない 。にじみを発 見し、その複 雑な構 造を1 9 8 5 年に報 告はまったく作 用しないが 、宿 主に対しては体出る汗をいとわず 、夢の中にさえ現れるほどした。これまでに類のない特徴的な構造は多内に共生する藻類を吐き出させ、やがて死に

実 験に細 心の注 意を払ってこそ他の追 従をくの研 究 者との熾 烈な競 争の末 解 明 するこ至らしめた。どうも宿主に吸収されてしまわな

許さない結果に巡り会えるのである。

とができたのである。しかし、実際にこの分子いように防 御 物 質として働いているらしいのを抗がん剤として利用することを考えると、自である。一方 、猛毒パリトキシン（ 図4 ）をもつ然 界からの供 給だけではとても足りない。解イワスナギンチャクの共 生 藻からは、分 子 量

決には、化学合成と真の生産者の培養というが 5 1 7 0のよく似た構 造の分 子を発 見し、宿2つの方法が思い当たる。前者は、ハーバー

主に特 徴 的な分 子の 生 産 者 が 共 生 する藻ド大 学の岸 義 人＊2 教 授の研ぎすまされた合類であることもわかってきた。いずれにしても、成研究の過程で、注目の作用は分子の右半

こういった分子をなぜつくらなければならない

分（ 図1、右下 ）だけで生じることがわかり、一のかという疑 問は残る。共 生 関 係に必 要な

気に進 展した。実 際にはこの右 半 分から改分子であろうことを手がかりにして、この難題

良設計されたものを化学合成により年間に数を解き明かしてみたい。

＊1
切れ者分子
蛋白質や炭水化物、脂質などの高分子化合物およびその構成単位であるアミノ酸、単糖類などに代表され、生命維持に必須の役割をもつ一次代謝産物に対し、生命維持における役割が不明で特定の生物に限定的な物質のことを二次代謝産物という。二次代謝産物の内、きわめて少量で生物に対して特異な作用を示すものを 切れ者分子 とよぶことにする。
＊2 岸義人（1937−）
元名古屋大学助教授。現ハーバード大学名誉教授（本誌第2号
P. 21参照）

キログラム供給できるようになり、現在耐性のある乳がんの特効薬として認可を待っている
ところである。後者については多くの研究者が挑戦しているが、困難を極めている。海洋に存在する細菌のうち現実に培養可能なのは1％以下ともいわれる状況を見ると大変難しそうである。

共生関係から生まれる物質
海洋生物の中には体内に微細な藻類を棲まわせているものがいる。藻類は宿主から栄養を得 、お返しに光 合 成で得た酸 素を提 供する。タコクラゲ（ 図2 ）は密閉容器内でも、
日
光さえあれば10日間でも生きることができる。
このような共 生 関 係の維 持には化 学 物 質が有機化学研究室ホームページ

図4 猛毒パリトキシン
腔腸動物イワスナギンチャク
由来のパリトキシン。放射光X
線小角散乱測定とGASBOR
プログラムによるビーズモデル
計算により、本化合物は水溶
液中で2量体（ 左下 ）を形成していることを明らかにした。

http://org.chem.nagoya-u.ac.jp/-

No.12 April 2007

#

講義探検

人に伝える大 切さ【現代数学研究／ 3 年後期】
「 現 代 数 学 研 究 」は、グループ学 習として進められている。授 業は、興 味あるテーマをができないのである。
発表を見て感じたのは、学生が疑問をもつ

こで同じ疑問をもつ者が集まり、文献やネット者どうしで協 力して問 題を解 決していこうとなどを駆使して調べ 、
また討論をすることで解する熱意だ。私自身には、数学的に厳密なこ決し、最終的にはポスターを製作して皆の前とはわからないところも多々あったが、数学にで発表する。私が取材したのは、
ちょうどポス

対する熱意 、そして自分たちが理解 、証明しター発表の回であった。

たものを何とかして伝えようとする気持ちは大

発表内容は、「折り紙の数学」、「不完全定

変よく伝わってきた。なかには講義に先立ち、理のいろいろなアプローチの仕方」、
さらには「公夏休み中から自主的に研究をスタートさせて

開鍵暗号の数学的仕組み」など多岐にわたいた学生たちもいたのには驚かされた。学生るものだった。

の自主性に基づいて進められている授業で、「折り紙の数学」のポスター発表を例にあ岡 田 先 生は学 生の熱 意を受けとめ、議 論を深めていく役割をこなされていた。

代数学でも重要な役割を果たし得るというこ

授業を通じて学生たちは、自ら問題を見つとに強く印象づけられた。折り紙で折ることのけ解決していくことの喜びと苦しさを味わったできるパターンと代数学が深く結びついていだけでなく、理解したことをほかの人たちにわるというのである。たとえば正 9 角形を折るこ

かってもらうことの難しさを感じたのではないとは、3 次方程式の解を求めることにほかならだろうか 。数学を社会に向けて発信していくない。定規とコンパスによる作図では 3 次方程ことは、数学の研究者を志す者に限らず必要式の解を求めることはできないのであるが、折とされることであろう。今回の講義で彼らはこり紙はそれを可能にするのである。しかし、正れらの能 力を育むための良い経 験ができた

11 角形は折れない。このことは 5 次方程式ののではないかと私は感じた。

解を求めることに対応していて、5 次方程式に（取材・梅本直規

Soichi Okada

講議探検

は解の公式が存在していないために折ること

学生自身が見つけることからスタートする。そげると、折り紙が日本の伝統文化を越えて現$

岡 田 聡 一 多元数理科学専攻教授

素粒子宇宙物理学専攻博士前期課程 1 年）

1962年大阪府生まれ。東京大学大学院理学系研究科博士課程修了。名古屋大学理学部助手、大学院多元数理科学研究科助教授を経て、2006年より現職。専門は組合せ論、表現論。
とくに組合せ論と表現論などの他分野が交錯する場面で研究を進めている。

歴 史を記 録する岩 石【岩石学／ 2 年後期】

地 球が 誕 生してから、約 46 億 年 、地 球は環境のみにとどまらず、マグマのでき方にも違

今も進化を続けている。岩石には、その進化いがあり、それが岩石の種類に影響するといの過程が書き込まれているという。その岩石

う話を聞き、岩石の奥深さにふれた気がした。

に書き込まれている情 報を読み取ることで、

現 在は、地 球の活 動 的な場 所である日本

過去の地球の状態を知ることができるのだそ

列島や中国大陸などで採集した岩石に含まうだ。

れる鉱物の組成を解析し、さらにその岩石に

では岩石には、
いったいどのような情報が、含まれる、さまざまな元 素の濃 度を測 定してどのように刻まれているのか。またその情報を、いる。これにより岩石が生まれてから、どのよ

どのようにして、解読していくのか 。これが最うな環境を経験してきたのかがわかってくると初の疑問であった。実際にはこの疑問の前に、いう。

岩石と地球の歴史、
この 2 つのキーワードから、「長い時間をかけてできた岩石が、経験し私の頭のなかには、化石が思い浮かんでいた。

てきた記 録を、含まれている物 質から、読み

しかし講 義を体 験したことで、化 石に限らず取ってやる。読みとった情 報から、岩 石が経

すべての岩石が地球の記録を刻んでいるこ験してきた当時の地球の姿を推測してやる」とがわかった。

と語っている榎並先生は、無機物である岩石

今回の講義では、火山活動が活発である地域で見られる岩石について、実際に岩石をを、まるで生き物のようにとらえているような印象を受けた。

見せたり、さわらせたりしながら、解説が行わ

今なお、進化を続ける地球、その歴史を、
どれていた。火山の近くで見られる岩石の多くは、こかで記録している岩石があり、何億年も後に、地球深部で形成された液体状に溶けた岩石

その岩 石は、地 球の歴 史を語るのであろう。

（マグマ）が、冷えて固まったものである。これ

そして、今もどこかで、地球の歴史を語るべく、らの岩石は、マグマが固まり岩石となる際の、発見されるのを心待ちにしている岩石がある

周 囲の温 度や圧 力といった環 境によって種のだろう。

類が異なるという。また、マグマが固まる際のMasaki Enami

岩石学研究室ホームページ

榎 並 正 樹 地球環境科学専攻教授（ 取材・立川さやか

生命理学専攻博士前期課程 2 年 ）1954年生まれ。金沢大学理学部卒。名古屋大学大学院理学研究科単位取得退学。専門は岩石学。微小領域分析、最近はとくに分光分析の地球科学への応用に興味をもっている。

http://mylonite.eps.nagoya-u.ac.jp/-

No.12 April 2007

%

理学部交差点

同 窓 生から

キャンパス通 信

宇宙物理からアートへ

レディースランチへのお誘い

写真家

多元数理科学専攻講師

荻野 NAO之（Naoyuki Ogino）

伊 藤由佳 理（Yukari Ito）

先日、
ある月刊誌の取材を受けた。それがこれまでの理学部に入学したとき、女性の少なさに驚いた方も自分を振り返る良い機会になった。少年時代のサッカー熱。

多いと思う。たくさんの男性に囲まれてちょっと落ち着

学生時代に魅せられた宇宙物理学、そして今惹かれてかない気分を味わっている女子学生には、ぜひ数理学

いる写真…。インタビューに答えながら、自分が魅力を感科のレディースランチに遊びに来てほしい。

じてきたこれらに共通する何かがあることを思った。それは、「美」

号館2階のカフェ・ダビッドの隣で開催している。これは少年時代、メキシコのプロユースで唯一の外国人登録

女子学生専用のオフィスアワーである。実際にはみん選手としてプレーしていたとき、プレーを忘れて感動してなでおしゃべりしながら、お弁当を食べているだけなので、いたのは、敵味方関係なく繰り広げられる美しいプレーの「なーんだ、おしゃべりしているだけか」と言われそうだ

瞬間だった。思わず敵にゴールを決められて拍手しそう

が、これが大切なのである。数学には、研究室という研になったことさえあった。

究グループがないので、理学部の中でも特殊かもしれ宇宙物理への憧れもある種の美への憧れだった。宇ないが、大学に来ても誰とも言葉を交わさずに過ごす

宙の原理がものすごく短い数式で表されてしまう美しさ人も多い。とくに女子学生の場合、その傾向が顕著で、に感動していた。E =mc など、今でも人間が創りだして下手をすると研究上の情報もあまり入らなくなってしまう。

いる科学という ものの見方 の美しさに感動を覚える。

そんな状態を少しでも改善しようと思ったのが、
この活

そして今、
僕の関心ごとは大学時代から約12 年撮り続動のきっかけである。当初は大学院生のみであったが、けている写真に向いている。今度こそは、人生を懸けて

最近は学部生の参加も増え、教育実習や就職活動 、取り組みたいことが見つかったかなと…。そこで昨年、大学院入試などの情報交換もしているし、将来のこと

2

6 年半勤めた会社を辞め、写真に専念することにした。ちなど女性特有の悩みも気軽に相談できるような場になょうど餞別のような、サロン・ドートンヌ入選の報が届いた。

ってきた。

僕が追い求めている写真は、
日常の生活の中に点在して去る12月20日、名大の理系（ 理・工・農 ）女性教員だいる「美」の瞬間を捉える写真だ。
とくに伝統をどこかでけの昼食会が初めて開催され、30名以上が参加した。

継承している日常の中に、生き生きとした「美」の瞬間を初対面にもかかわらず、皆すぐに打ち解けて、
とても和感じることが多くある。 昨今の文明偏重社会でないがしやかな集まりであった。たった1時間だったが、そこで私ろにされがちな、文化の貴重な薫り…。21世紀の今に自身たくさんの元気と勇気をもらった。そして、レディー

生きる文化の薫りをドキュメンタリー・アートとして捉えてスランチに参加した女子学生たちが活発になった理由

ゆきたいと思っている。

がわかり、その重要性をあらためて意識した。

（物理学科2000年卒業）

http://www.naogino.to/

2006年10月ニューヨークでの個展会場にて。
来年にはアメリカ市場向けの英語版写真集の出版も決まっている。

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レディースランチは、毎週水曜日のお昼に、理学部1

理学部交差点

キャンパス通 信キャンパス通 信

坂田模型50年
国際シンポジウム開催

Ｘ線天文衛星「すざく」
国際会議 in 京都

素粒子宇宙物理学専攻教授

附 属 南 半 球 宇 宙 観 測 研 究センター教 授

山 脇 幸 一（Koichi Yamawaki ）國 枝 秀 世（Hideyo Kunieda）

2006 年 11月25 、26 両日に理学部 1 号館 5 階大講義

藤原定家の「明月記（冷泉家所蔵）」をご存じの方も室において標記の国際会議を開催した。ノーベル物理

あるかもしれませんが、その中に、今からちょうど1000年前、学賞受賞者G.トフーフトをはじめ、ノーベル賞の有力候

1006年に起きた、超新星爆発の記録があることはあまり補の小林誠＊1 、益川敏英＊2など国内外の超一流の物理知られていない。重い星は大爆発とともに華々しい最期

学者多数を含む 90 人の素粒子論の研究者が参加し、をとげることがある。
「明月記」によれば木星ほど明るく

坂田模型の誕生とその後の発展について著名物理学なり、昼間でも見られたという。現在、X線でこの天体の者らによる14 の講演が行われた。

方向を見ると、爆発の残した高温のガスが明るく輝いて

中性子、陽子、そしてラムダ粒子が最も基本的な素粒いる。この超新星の跡では、さらに高いエネルギーの粒子であるとする「坂田模型」は1956 年 12月に本学の故子加速が起きていることがわかり、地上に降り注ぐ、宇宙＊3

坂田昌一 教授によって提唱された。これは 3 種類のク線の加速現場だと考えられている。

ォークが基本的な素粒子であるというクォーク模型の原2005年7月に打ち上げられたX線天文衛星「すざく」

型となって今日の素粒子物理学に決定的な一歩を与えでは、こうした天体を中心に、熱い宇宙、高エネルギー現たものである。

象の観測を続けてきた。その新しい観測成果を議論す

坂田模型に基づいて提唱された「名古屋模型」の延るため、「明月記」ゆかりの地、京都で国際会議を開催

長線上として、
ニュートリノに対する牧・中川・坂田理論（MNSした（2006年12月4日〜8日）。約 400 名の参加者の内、行列）が生まれ、さらには坂田門下の小林誠、益川敏英

外国人研究者は150名を越え、世界的な注目度の高さによるクォークに対する小林・益川理論（KM行列）へとを見て取ることができた。

発展した。MNS行列は、神岡での実験によって、また「すざく」の優れた性能の1つは、我々がつくり上げた、

KM行列は、筑波の高エネルギー加速器研究機構やス

明るく、迷光の少ない、クリーンな光学系である。これにタンフォード大学でのBファクトリー実験でそれぞれ検証

より、我が銀河系中心の込み入った領域の観測に威力され、今日の素粒子物理学を根底から支えている。物質を発揮した。また、活動的銀河に潜む、大質量ブラックホを構成する最小単位の素粒子理論がいずれも本学のール周辺の強い重力場の様も、確実に見えてきた。すざ業績によることは奇跡的である。会議ではこの坂田模型

く衛星は順調に観測を進め、今は世界中からの観測提の歴史的意義がさまざまな角度から掘り下げられ、その案に基づいて、観測計画を進めている。すざくはその力

偉業が改めて浮き彫りにされた。

の限り、世界の天文学者のために発見の「タマゴ」を産＊1 小林誠（1944−）
高エネルギー加速器研究機構ダイヤモンドフェロー（本誌第2号P.21参照）。
＊2 益川敏英（1940−）京都産業大学教授、
京都大学名誉教授（本誌第2号P.21参照）。
＊3 坂田昌一（1911−1970）元名古屋大学理学部教授（本誌第2号P.2参照）。

み続けてくれている。4 日間のこの会議の結果には、多くの参加者が満足し、京の夜の街に消えていった。

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No.12 April 2007

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研 究 会・学 会スケジュール

編 集だより4 年前、名大に赴任して手にした「理フィロソフィア」は、私第 211回アメリカ電気化学会「フラーレンとカーボンナノチューブに関するシンポジウム」

が大学から離れていた十数年間に生じた変化を象徴していた。
昔は、
こんな立派な冊子をつくる予算も、広報という概念もなか

開 催 日 ： 2007年5月6日（日）〜 11日（金）
開 催 場 所 ： シカゴ（アメリカ）
主催 ： アメリカ電気化学会
問い合わせ ： 篠原久典 名古屋大学大学院理学研究科 教授
noris@cc.nagoya-u.ac.jp／TEL：052 - 789 - 2482

った。昨年4月に理学部広報委員になり、大学や理学における広報について考える機会が増えた。一口に広報といっても、
その目的は多岐にわたる。将来名大理学部を受験してもらえるよ
う中高生の理学への興味をかき立てる、学生に自分の専門分

日本地球惑星科学連合 2007年大会
開 催 日 ： 2007年5月19日（土）〜 24日（木）
開 催 場 所 ： 幕張メッセ国際会議場（千葉市）
主
催 ： 日本地球惑星科学連合 加盟64学協会
問い合わせ ： 鷺谷 威 名古屋大学大学院環境学研究科 助教授
sagiya@seis.nagoya-u.ac.jp／TEL：052 - 789 - 3043

会に潤いを与える、役人やマスコミに研究業績を宣伝して次なる予算獲得の足がかりにする等々。いずれにしても、研究・教育を行っている身のまわりの外側にいる人々に、我々の日頃の活動を知ってもらうのが広報の役目だろう。だが、広報活動の第13回名古屋大学理学懇話会「超弦理論の数理」
開 催 日 ： 2007年6月16日（土）
開 催 場 所 ： 名古屋大学野依記念学術交流館カンファレンスホール
主催 ： 名古屋大学理学部・大学院理学研究科広報委員会
問い合わせ ： 名古屋大学理学部庶務掛
kouhou@sci.nagoya-u.ac.jp／TEL：052 - 789 - 2394
http://www.sci.nagoya-u.ac.jp/kouhou/

評価は結構難しい。毎号の「理フィロソフィア」や懇話会のアンケートを見ると、
おおむね好意的なことが書いてある。
しかし、
サンプル数が少ないので少々心許ないし、広報の限られた側面しか評価できない。費用対効果の観点も重要だ。結局、質の高い学生が増え、予算が潤沢になり、研究・教育環境が改善される、といった結果で判断すべきなのかもしれない（ すべ「局所空間」の銀河
Galaxies in the Local Volumeてが広報と結びつくわけではないが ）。いずれにしても、構成

開 催 日 ： 2007年7月8日（日）〜13日（金）
開 催 場 所 ： シドニー（オーストラリア）
主催 ： CSIRO 他
問い合わせ ： 福井康雄 名古屋大学大学院理学研究科
附属南半球宇宙観測研究センター長
fukui@a.phys.nagoya-u.ac.jp／TEL：052 - 789 - 2837

コンパクト複素多様体の双有理自己同型と力学系
Birational automorphisms of compact complex manifolds anddynamical systems
開 催 日 ： 2007年8月27日（月）〜 31日（金）
開 催 場 所 ： 名古屋大学理学部1号館 509号室主催 ： 日本学術振興会科学研究費補助金基盤研究（A）「格子、
保型形式とモジュライ空間の研究」
問い合わせ ： 金銅誠之 名古屋大学大学院多元数理科学研究科 教授
kondo@math.nagoya-u.ac.jp／TEL：052 - 789 - 2815
http://www.math.nagoya-u.ac.jp/ja/research/conference/
2007/birational.html

第15回上野の山発

野以外にも興味を広げてもらう、研究成果の普及を通して社

員一人ひとりが、各自の専門分野で世界をリードする業績を挙げ、優秀な人材を輩出することこそ一番の広報活動であることは間違いない。そのお手伝いとして、最新の研究成果や研究の醍醐味を伝えていきたい。
（鷺谷）

表紙説明
長い 鎖を幾 重にも折りたたんだ 構 造をしている蛋白質 。その複 雑で多 様な構 造を解 析 する
ことは、生 命 現 象 研 究の 大きなテーマの 1 つ 。
蛋白質の研 究は医 薬 品の開 発や病 気の治 療にも役 立 つことが 期 待される。写 真はサッカー
ボール状に集 合した膜 蛋白質の結 晶 。

N o .12 Ap r i l 2 0 0 7
2 0 0 7 年 4 月 5日発 行

旬の情報発信「宇宙137億年の旅」

開 催 日 ： 2007年9月8日（土）〜17日（月）
開 催 場 所 ： 国立科学博物館（東京都）
主催 ： 国立科学博物館・名古屋大学
問い合わせ ： 奥村久士 名古屋大学大学院理学研究科 ORIUM- COE特任講師
h̲sera̲okumura@ybb.ne.jp／TEL：052 - 789 - 5730

近藤孝男
（研究科長）
関一彦（副研究科長）

大島隆義（評議員）
粟田英資（数理学科）

組織図

福井康雄（物理学科）※委員長

理学部・理学研究科・多元数理科学研究科・環境学研究科（地球環境科学専攻）

岡本祐幸（物理学科）

理学部（学科名）

数理学科

杉山

大学院研究科（専攻名）
多元数理科学研究科
多元数理科学専攻
理学研究科

関連施設等

附属南半球宇宙観測研究センター
太陽地球環境研究所

物理学科

素粒子宇宙物理学専攻

エコトピア科学研究所

化学科

物質理学専攻物質科学国際研究センター

生命理学科

生命理学専攻直（物理学科）高木秀夫（化学科）
森郁恵（生命理学科）

古賀章彦（生命理学科）
鷺谷威（地球惑星学科）

森本正廣（事務長）
名古屋大学理学部・大学院理学研究科広報委員会〒464 - 8602 名古屋市千種区不老町

附属臨海実験所
附属構造生物学研究センター
遺伝子実験施設

環境学研究科
地球惑星科学科

地球環境科学専攻

生物機能開発利用研究センター
附属地震火山・防災研究センター
博物館

事務部

年代測定総合研究センター

技術部

地球水循環研究センター

次号は2007年10月頃発行の予定です。