ホーム
研究について
理論化学分野　石北研究室

理論化学分野　石北研究室

蛋白質のしくみを理論分子化学で解明し、そこに潜む機能性分子の設計思想を浮き彫りにする

蛋白質の根底に横たわる普遍的なメッセージを分子構造から抜き出す

生体の最小機能単位である蛋白質は、僅か20種類のアミノ酸から構成されるにもかかわらず、バラエティに富んだ構造をしています。そしてその構造に応じて、電子伝達、物質輸送、センサー、抗体など様々な機能を有しています。私たちは、蛋白質の分子構造を手がかりに、その分子機能とメカニズムを理論的手法により明らかにしようと研究をしています。複雑な分子構造からその機能を理解することは一見すると大変そうですが、その機能は必ず基礎的な分子化学によって語ることができるはずです。単に数値を計算するのではなく、そこから蛋白質科学の根底に関わる普遍的なメッセージを抜き出すことを理念としています。たとえば、今はまだ謎の多い光合成のしくみを明らかにすることができれば、それを応用することにより「人工光合成」が実現できるかもれません。このように、工学的応用を見据え、機能性分子の設計思想を見いだすことも重要な研究課題です。同時に、研究の道具となる新しい理論化学手法の開発にも挑戦しています。具体的な研究テーマは下記のとおりです：

（1）蛋白質や生体超分子の機能解明と設計指針の探究
・光合成におけるプロトン・電子・励起エネルギー移動
・光受容蛋白質やイオン輸送蛋白質の分子構造と機能の関係
・酵素活性部位の設計：「酵素触媒反応に重要な蛋白質環境場因子」の解明
（2）新しい理論化学手法の開発
・時間発展する系の量子化学計算法
・量子化学計算を用いた酸解離定数（pKa）の予測法

光化学系II蛋白質における水分解反応の電子・プロトン移動
研究に利用しているスーパーコンピュータ
白熱する議論

ミニコラム
私が光合成研究と初めて接点を持ったのは、博士号取得のためにベルリンに行ってからです。学部・修士時代、私は生体分子素子に興味がありました。例えばコンピューターの頭脳（CPU）は非常に多くの発熱を伴いますが、それはリーク電流が生じてしまうからです。そのような背景から、シリコン半導体を超えた生体分子素子を作りたいと思い工学部に進学した経緯があります。ドイツの奨学金（DAAD）に採択されると、ブレーメンで4 ヶ月のドイツ語研究が義務づけられ、ベルリンでの研究開始がその分遅れました。ベルリンに来た頃には、奨学金申請書に記載したプロジェクトはすでにほぼ終了しており、その代わりに与えられたテーマが光合成反応中心蛋白質での電子移動でした。蛋白質の結晶構造を見て一気に魅了されました。1対の電子移動経路の配置における対称性という美しさと、電子移動活性における非対称性というアンバランス。この謎を解く＝誰もがわかる分子化学の言葉で説明する―これは私のライフワークです。