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刺激応答性部位を有する両親媒性化合物が形成する超分子集合体の相転移 (本文)

澤田, 大智 慶應義塾大学

2022.03.23

概要

19 世紀の初め頃までは、無機化合物が研究の対象になっていたのに対し、有機化合物の 研究はあまり進んでいなかった。アルコール、エーテル、酢酸などのいくつかの有機化合物 は古くから知られていたが、理論的な研究はなされていなかった[1]。1780 年頃になって、 Karl Wilhelm Scheele は安息香酸の水に対する溶解度がそのカルシウム塩よりも低いことを 利用して安息香酸を得ることに成功した[1]。その後、1824 年に Friedrich Wöhler は、銀のシ アン酸塩と塩化アンモニウムの溶液から白色の結晶 を得たが、それは予想した シアン酸ア ンモニウムではなく、尿から得られた尿素と同じであることが明らかになった[2]。これは全 く予想外の結果で、有機物は無機物から作ることはできないという当時の概念を覆すもの であった[1]。19 世紀になると、動植物から新しい有機化合物が次々と分離されて、有機化学 が発展した。19 世紀後半になると有機化合物のみを研究の対象とする人々も増え、様々な 有機化合物が合成された[1]。そして、有機化合物の持つ機能や性質が調べられ、さらには天 然の有機化合物も単離、分析、構造決定され、合成された。これらを契機に、天然物有機化 学が発展し、生体に関連する分子の構造が次第に明らかにされるようになった。その流れと 生理化学の流れが合体して、20 世紀になると生化学という大きな学問分野となった[1]。これ によって、有機化学に基づいた手法により、生化学反応が理解され、生体物質が解析された。 そして近年では、様々な分析手法が確立され、医薬品、プラスチックなどの多様な機能や物 性を有した化合物も合成できるようになった。このように有機化学の歴史を振り返ると、私 たちの体を含む世の中にある物質すべてが分子からできており、中でも有機化学は「分子を 自在にデザインして新たなものを人工的に作り出す」学問として発展してきた[1]。

さらに近年では、水素結合、配位結合などの分子間相互作用により複数の分子が互いを認 識することで、秩序構造を持った分子集合体 である超分子集合体が形成されることが見出 されてきた。この超分子に関する学問は超分子化学として位置付けられ、生命の維持に必要 な重要な情報伝達や物質変換などの生命機能をつかさどっている DNA やタンパク質などの 分子集合体も超分子集合体として考えられ るようになってきた。超分子化学は生体の織り なす機能を人工系で模倣することで、特異な機能を示す数多くの超分子システムを世に送 り出している[3]。

このように超分子を含む様々な合成分子が有機化学によって作られる中で、近年、化学者 は生命システムから着想を得て、分子が自発的に秩序構造を生み出すプロセスである自己 集合化を人工的に再現しようと試みている[4]。分子の自己集合化は自然界においてはありと あらゆる場面において見られる現象であり、複雑かつ緻密に制御された生命体においては 自己集合化のプロセスが生命システムの根幹を担っている[5]。「生命とは何か？」「細胞とは 何か？」という自然科学における根本的な問いに対して分子生物学や生物物理、生化学など 様々な分野から生命機能を担っている物質を特定しようとするトップダウン (還元論) 的 なアプローチによって研究が進められている[6]一方で、構成論、すなわちボトムアップ的なアプローチによっては、有機化学に基づいた観点から生体分子またはそれらを模倣した合 成分子を組み合わせて、生命に見られる特徴を人工細胞などの人工的な化学システムとし て見出し、さらには生物から得られた着想をもとに物質創製までを行う研究がなされてい る [7] (Fig. 1-1)。このようなボトムアップ的なアプローチにおける、有機化学のアドバンテー ジは、構造を変えた様々な分子を自在にデザインすることで、分子の持つ性質を容易に制御 することができ、例えば、生命の持つ特定の機能を模倣し、分子レベルから生命に見られる 特徴を理解できるという点にあると言える。また、このような観点から、「生命らしさ」を 持つ超分子集合体、あるいは分子化学システムを構築することは、「細胞を人工的に再構成・ 設計」するアプローチにつながり、これまで還元論的アプローチによって個別に研究されて きた細胞機能や細胞挙動が実験的に モデル構築されることで、実際の生命システムや生命 機能とこれまで構築されてきた理論や知識がどのように統合されるかを深く理解するため の橋掛けとなることが期待される[8]。

Fig. 1-1 Illustration of constructivist and reductionist approaches to "What is Life?

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参考文献

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