【テクノロジー解説】タンパク質の「重さ」をはかる:10のマイナス19乗グラムの分子を、宙に浮かせて飛ばして量る。会社員の技術者・田中耕一さんの方法が、新しい薬づくりやドーピング検査、食品の検査を変えた(2002年ノーベル化学賞)
質量分析は、物質をその「重さ(質量)」で見分ける方法で、世界中の化学の研究室で使われています。でも、タンパク質のような大きな分子は、そのままでははかれませんでした。2002年のノーベル化学賞の半分は、タンパク質の分子をばらばらに宙に浮かせてはかる方法を開発した、アメリカのフェン博士と、島津製作所の技術者・田中耕一さんに贈られました。田中さんは1987年、レーザーを当ててタンパク質を宙に浮かせる「ソフトレーザー脱離法」を発表。こうした方法は、新しい薬の開発を大きく変え、ドーピング検査、食品の検査、環境の分析などにも使われています。
プレ男会社員なのにノーベル賞をとった田中耕一さんって、何を発見したの?
メル美タンパク質の「重さ」をはかる方法らしいよ。
こんにちは、Dr. Taro です。 「テクノロジー解説」、今回は質量分析です。2002年のノーベル化学賞の発表と一般向け解説をもとにまとめました。
質量分析は「重さで見分ける」方法
- 質量分析は、試料の中の物質を、その質量(重さ)をもとにすばやく見分ける方法です。世界中のほぼすべての化学の研究室で使われています
- とても感度が高く、ごく少しの分子でも見つけられるので、ドーピング検査や薬物の検査、食品の検査、環境の分析などで日常的に使われています
- ただ、以前は比較的小さな分子しかはかれませんでした
タンパク質は「小さすぎて、大きすぎる」
- タンパク質のような生体高分子は、ほかの分子にくらべれば大きいものの、とても小さな構造です。たとえばヘモグロビンの分子の重さは、10-19グラム(1グラムの10億分の1の、さらに10億分の1の、10分の1)ほどです
- こんなに小さいものをはかるコツは、タンパク質の分子を一つひとつばらばらにして、電気をおびた雲のように宙に浮かせることです。そのイオンを動かして、決まった距離を飛ぶ時間をはかると、重さがわかります
- 問題は、タンパク質を形をこわさずに宙に浮かせることでした
2つの方法
- ジョン・フェン博士(アメリカ)は1988年、タンパク質の溶液を強い電場で霧のようにふき出し、水が蒸発して小さくなっていくしずくから、宙に浮かぶタンパク質のイオンを取りだす「エレクトロスプレー法」を発表しました
- 同じころ、京都の島津製作所の若い技術者、田中耕一さんは、1987年のシンポジウム(論文は翌年)で、まったくちがう方法を報告しました。レーザーのパルスを試料に当て、タンパク質の分子を宙に浮かせる「ソフトレーザー脱離法」です
プレ男大学の先生じゃなくて、会社の技術者の発見がノーベル賞に!
何が変わった?
ノーベル賞の発表によると、
- 試料にどんなタンパク質がふくまれているかを、すばやく簡単に明らかにできるようになり、生命のしくみの理解が深まりました
- こうした方法は、新しい薬の開発を大きく変えました
- 食品の検査や、乳がん・前立腺がんの早期診断などの分野でも、有望な使い道が報告されている、としています(2002年当時)
- なお、2002年の賞の残り半分は、溶液の中のタンパク質の立体の形を調べる「核磁気共鳴(NMR)」を発展させたクルト・ヴュートリッヒ博士(スイス)に贈られました
質量分析は、物質を重さで見分ける方法です。田中耕一さんたちは、タンパク質を形をこわさずに宙に浮かせてはかる方法を開発し、新しい薬づくりや検査に役立てられています。
タンパク質を調べる技術つながり
- タンパク質を光らせて見る:光るクラゲのタンパク質「GFP」
- タンパク質の形を予測する:AlphaFoldってなに?
- 遺伝子をふやして調べる:PCRってなに?
プレ男ドーピング検査にも使われてるなんて、スポーツ好きとしても身近だね。
メル美10のマイナス19乗グラムを量れるって、想像を超えてる…。
まとめ
- 質量分析は、物質を重さで見分ける方法。ドーピング検査、食品検査、環境分析などで日常的に使われる
- タンパク質は10-19グラムほど。宙に浮かせて飛ばし、飛ぶ時間で重さをはかる
- フェン博士:エレクトロスプレー法(1988年)
- 田中耕一さん(島津製作所):レーザーで浮かせるソフトレーザー脱離法(1987年)
- 新しい薬の開発を大きく変えた(2002年ノーベル化学賞)
参考文献
- The Royal Swedish Academy of Sciences. Press release: The Nobel Prize in Chemistry 2002. NobelPrize.org. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2002/press-release/ (閲覧日:2026年10月10日)
- NobelPrize.org. The Nobel Prize in Chemistry 2002 — Popular information. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2002/popular-information/ (閲覧日:2026年10月10日)
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