蛋白質溶液学

【基礎：用語と添加剤】

用語の定義　◆選択的相互作用・選択的水和・選択的排除◆静電遮蔽◆溶解度◆過飽和◆疎水性◆疎水性相互作用/疎水効果◆親水性◆アラントイン◆1,6-ヘキサンジオール◆ホフマイスター系列◆コスモトロープ◆カオトロープ◆ハイドロトロープ◆オスモライト◆変性剤◆イオン液体◆天然深共晶溶媒◆水◆二状態モデル◆モルテン・グロビュールモデル◆液–液相分離◆タンパク質の相図◆アモルファス凝集◆アミロイド◆共凝集◆サブビジブル粒子◆核形成–伸長モデル◆ハンセン溶解度パラメータ◆第二ビリアル係数◆拡散ビリアル係数

添加剤入門　◆水素結合◆疎水性相互作用◆静電相互作用◆ファンデルワールス力◆π–π相互作用◆カチオン–π相互作用◆双極子–双極子相互作用◆金属配位◆水和◆タンパク質の凝集抑制剤・アルギニン・アミン化合物・アミノ酸・カオトロープ・コスモトロープ・糖類・ポリオール・オスモライト・界面活性剤・尿素・塩酸グアニジン◆タンパク質の沈殿剤・高分子・コスモトロープ・糖類やポリオール・有機溶媒・多価金属イオン

卵白への応用例　◆タンパク質凝集◆卵白の凝集◆卵白の凝集への添加剤の効果◆添加剤のメカニズム◆卵白の加熱凝集へのホフマイスター効果◆卵白の加熱凝集の濃度依存性◆卵白へのアルギニンの添加効果

【タンパク質溶液の性質】

安定性　◆自発的フォールディング◆どのようなタンパク質がリフォールディングするのか？◆二状態転移の実験◆熱力学の体系へ◆熱力学パラメータの解釈◆事例：耐熱性タンパク質の安定性の原理

粘度　◆粘度とは◆タンパク質濃度と粘度の関係◆アンドレード式◆分子間相互作用と粘度制御◆事例：アルギニンを用いた粘度低下の方法

沈殿　◆無機塩による沈殿◆イオン濃度と沈殿作用 ◆タンパク質の等電点から離れたpH中でのイオンの効果◆タンパク質の等電点に近いpH中でのイオンの効果◆アルコールによる沈殿◆アルコール変性◆高分子による沈殿◆等電点沈殿の設計：pH応答性CspBタグ

凝集　◆Lumry–Eyringモデル/加熱凝集の記述◆Hevehan–Clarkモデル/リフォールディングの記述◆リゾチームの加熱凝集◆残存活性と可溶性凝集体◆添加剤効果の分析：アルギニン◆添加剤効果の分析：アルギニンエチルエステル◆添加剤効果の分析：アミン・変性剤・イオン◆共凝集◆共凝集による見かけの凝集温度の低下

アミノ酸　◆アミノ酸の構造と性質◆側鎖の性質による分類と特徴◆溶ける現象の熱力学的理解◆アミノ酸の水への溶解度◆移相自由エネルギーの算出◆アミノ酸側鎖の疎水性◆アミノ酸のハイドロパシー◆アミノ酸の二次構造の取りやすさ◆20種類のアミノ酸が選ばれた理由◆タンパク質を構成するアミノ酸◆初期アミノ酸セットの特徴◆フォールダビリティとアミノ酸◆アミノ酸から見たタンパク質

アルギニン　◆添加剤としての発見の経緯◆凝集抑制のメカニズム◆アルギニンのその他のメカニズム◆アルギニンと水和◆新しい凝集抑制剤を開発する◆ポリアルギニン◆ハイドロトロープと界面活性剤との関係◆芳香族化合物を溶かす◆芳香族化合物の溶解度の向上◆タンパク質を溶かす

共凝集

ゲル

乳化

深共晶溶媒

【酵素の活性】

酵素の性質　◆酵素とは◆代謝とは◆酵素のパラメータ◆平均的な酵素の姿◆事例：酵素活性の補償◆事例：化学走性　（そもそもの触媒の話、ミカエリス定数、分析法、アロステリック効果、阻害）

酵素の活性化　◆酵素活性化のアイデア・構造と会合状態・熱力学的環境の制御・反応速度論・空間的組織化◆酵素と第三成分◆ホフマイスター系列のイオン効果◆セリンプロテアーゼの酵素活性◆事例：キモトリプシンの活性と無機イオン◆事例：キモトリプシンの活性とアミン化合物◆事例：キモトリプシンの活性と高分子電解質◆事例：ポリアミノ酸による乳酸脱水素酵素の安定化

酵素の液-液相分離　◆一般論としての液-液相分離と酵素活性◆ドロプレットによる酵素活性化のメカニズム◆酵素の連続反応と代謝の理解◆乳酸酸化酵素と液-液相分離◆代謝酵素の連続反応　（細胞内、試験管の比較）

【計測法】

吸収分光法　◆吸収分光◆濁度◆タンパク質の吸収スペクトルの例◆凝集抑制剤の効果の濁度による比較◆残存タンパク質量による凝集抑制剤の比較

蛍光分光法　◆内因性蛍光測定◆ANS蛍光◆ThT蛍光◆事例：タンパク質の持つTrp残基の蛍光◆事例：天然構造と加熱変性構造の比較◆例：遊離Trpの蛍光スペクトル

CD　◆遠紫外CDスペクトル◆等吸収点◆サンプル調整◆近紫外CDスペクトル◆熱変性◆溶液状態の変化の判別◆サンプル調整

粒子の計測　◆動的光散乱DLS◆静的光散乱SLS◆電気泳動光散乱ELS◆濁度測定◆サイズ排除クロマトグラフィーSEC◆ナノ粒子追跡解析法NTA ◆分析超遠心法AUC

熱量計

【タンパク質の関連産業へ】

製剤　◆緩衝液の緩衝作用◆抗体のための中性緩衝液の選択◆抗体のための酸性緩衝液の選択◆抗体製剤に使われる成分◆抗体製剤例◆Tris緩衝液を使ったバイオ医薬品の製剤例◆アデノウイルス製剤例◆アデノウイルス製剤の見方◆血清アルブミンの製剤例

洗剤と加水分解酵素

シャンプーと凝集抑制剤

アイスクリームとカゼイン

パンとグルテン

日本画と膠

【参考：生命現象の理解（本）】

相分離生物学（大学院生向け10コマ分の教科書）

相分離生物学の全貌（110名の専門家とまとめた79の研究プラン）

はじめに

このサイトでは、タンパク質溶液をどこまで合理的に理解や制御ができるのかという問いを軸に、考え方と具体例をまとめています。私たちの研究成果だけでなく、基礎的な内容も含めて整理していますので、研究や開発の参考にしていただければと思います。

タンパク質溶液は、生命科学にとどまらず、バイオ医薬品、化粧品、食品加工などさまざまな分野と関連します。タンパク質の安定化、酵素活性の制御、凝集の促進や抑制、ゲル化、乳化、泡立ち、さらには固体表面や気液界面への吸着に伴う状態変化など、扱う現象は多岐にわたります。これらをばらばらの現象としてではなく、共通の視点と知識の深さで理解できれば、応用にもつながりやすくなるはずです。

タンパク質の構造は、アミノ酸配列の一次構造、アミノ酸主鎖の折りたたみの二次構造、アミノ酸側鎖のパッキングまで関連する三次構造という階層をもちます。さらに、分子間相互作用による四次構造や、最近注目されている液–液相分離による液滴のような五次構造なども存在します。これらの構造に対応するように機能を発揮します。または構造と機能とは独立した安定性という性質もあります。それぞれに適した計測法が多様に発展してきています。