1.総括責任者

　難波啓一（松下電器産業株式会社中央研究所先端科学研究グループリサーチディレクター）

2.研究の概要

　生命機能の根源は、蛋白質や核酸など巨大分子の複雑なネットワークによるエネルギー、信号、物質の流れである。数十万種類とも言われるそれらの分子が、あたかも機械のように設計されてそれぞれの役割を果たし、その膨大なネットワークの活動を支えている。これらは分子機械と呼ばれ、人工機械とは際だつ特徴を持つ。(1)個々の原子を部品として設計され、ナノメータサイズである。(2)時と場所を選び立体構造を自己形成する。(3)水素結合などの弱い力で立体構造を形成するため柔軟で、熱ゆらぎをうまく利用して働く。
　このような分子機械の特徴の成因には、水素原子(H)またはプロトン(H⁺)が大きな役割を果たしている。分子の非解離基(-OHや-NH₂)や解離基([-COO^-+H⁺]や[-NH₂+H⁺])は分子構造の形成、認識、変化、あるいは信号伝達、エネルギー変換のための基幹的部品である。このように、生命機能における信号やエネルギーのキャリアとしてのプロトンの役割は、半導体素子のなかで電子が果たす役割と似ている。ただ生命機能に必須な水のなかでは、キャリアとして自由に移動できるのがプロトンなのである。すなわち、プロトンの挙動を基に生体巨大分子の動作機構を記述するバイオプロトニクス（BioProtonics）が、生命の分子機構を解明するためには必要不可欠である。
　本研究は、プロトンのやりとりを通して極めて微小な力や変化を効率よく伝達、増幅、変換する、生物の分子機械特有の物理過程とそれを支える機構に内包される、従来の人工機械にはない、本質的にユニークな物理的概念や原理を理解しようとするものである。そのために、分子機械の構造とダイナミクスをできるだけ高い分解能で追求し、プロトンの挙動に基づいて、分子構造の中に秘められているであろう動作機構の本質を探求する。具体的には、Ｘ線と電子線を相補的に使用して巨大分子複合体の構造を原子レベルの分解能で解くと同時に、計測限界に近いわずかなプロトンの流れの計測とエネルギー変換にともなう入出力のダイナミクスの解析を通して、分子機械の未知の物理原理を解明する端緒を探る。
　本研究では、生体分子が担う機能の物理原理の解明が期待されるとともに、ダイナミクスを考慮した生体分子の構造機能解析の手法の開発などへの貢献が期待される。

3.研究期間

　平成9年10月1日から平成14年9月30日まで