NMR (核磁気共鳴) の方法でタンパク質の構造解析を行う手順を記す。
安定同位体を含む目的タンパクを調製
NMRスペクトル測定
スペクトルピークを個々のアミノ酸に対応させる
原子間の距離・角度を測定する
上記の条件を満たす立体構造を計算する
構造の詳細を構築
以上の手順で律速の要因になっているのが3.スペクトルピークの帰属となっている。これはX線結晶構造解析でいう位相決定に対応する。また、NMRの実験データの粗さによってコンピュータによる立体構造の計算が複雑になるときもある。
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NMRの特徴は、高濃度の溶液中のタンパク質をサンプルとするために、溶液中におけるゆらぎをある程度捉えることができることにある。ダイナミックなコンフォメーションの変化を捉えることは難しいが、より可動性の高い部位などの測定が可能である。X線結晶構造解析と比較すると、安定同位体標識タンパク質の調製のコストが高いことや、高分子量のタンパク質の構造解析に弱い点などが劣っている。
構造生物学の成果 [編集]
構造生物学は多くの知見を生物学にもたらしたが、特に重要なものを特記しておく。
ATP合成酵素F1部位の立体構造の決定
リボソーム大サブユニットの詳細な構造および翻訳プロセスの解明
バクテリオロドプシン立体構造の決定および光駆動プロセスの解明
チトクロームc酸化酵素（呼吸鎖の末端酵素）立体構造の決定およびプロトンポンプ機構の解明
etc.
重要と思われる構造解析は枚挙に暇が無いが、ATP合成酵素およびリボソームは生命活動の本質に関わるため、またバクテリオロドプシンおよびチトクロームc酸化酵素は構造解析の困難な膜タンパクなので特記した。
構造生物学の課題 [編集]
コンピュータや測定機器の発展により、多くのタンパク質の構造解析が可能ではあるが、結晶化についてはいまだに実験上困難な障壁の一つである。結晶化しやすいタンパク質は好熱菌や高度好塩菌に多いといわれており、結晶化の困難なタンパク質については後回しにされている風潮がある。
また、膜タンパクの立体構造はでてきているとはいえ、ほかの重要な膜タンパク立体構造に対する知見はいまだ深いとはいえない。膜タンパクの結晶化を工夫するか（層状に結晶を発展させるという方法もある）、より大量に精製できる方法の開発が要求されている。
また、タンパク質の折りたたみ（フォールディング）過程の解明やタンパク質のダイナミックなコンフォメーションの変化については、既存の方法では観測が困難である。折りたたみ機構については短いペプチドをコンピュータシミュレーションで折りたたませる方法などがあるが、現実の折りたたみ機構を明らかにする何らかの方法の開発が急がれる。コンフォメーション変化については、一分子観測などのテクニックを用いて行っている。またコンピュータシミュレーションで研究している例もある。
いずれにせよ、タンパク質や核酸の立体構造が判明しても、生物体内で起きている反応の素過程まで理解できている状況とはとてもいえない。静的な立体構造から、より動的なタンパク質の挙動を測定することが求められつつある。