タンパク質分子の等電点の新測定法と電極界面凝集化過程のその場観察

• 研究課題/領域番号: 11874044
• 研究種目: 萌芽的研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 固体物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 宮下 哲 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (00219776)
• 研究分担者: ダービン・ステファン デュエン 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (10301045) ; 佐ざき 元 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60261509) ; 中嶋 一雄 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (80311554)
• 研究期間 (年度): 1999
• 研究課題ステータス: 完了 (1999年度)
• キーワード: タンパク質 / 等電点 / 電気化学原子間力顕微鏡 / 吸着 / 結晶成長 / リゾチーム / 凝集 / 核形成

研究概要

タンパク質のような両性イオンの溶液内での挙動を理解するとき、等電点は重要な物理量である。特にタンパク質の吸着・凝集・結晶核形成では、凝集力を評価する鍵になる。タンパク質分子の基板への吸着は、分子の等電点・基板の電位・溶液水素イオン濃度と密接に関係しているはずである。本研究は、電気化学原子間力顕微鏡を使い、タンパク質溶液内に置いた導電性の基板の観察を行い、電位変化に対する像の様子から等電点を決める新手法の開発を目指した。
研究では、等電点の分かっている卵白リゾチーム(等電点=11)水溶液を使い、この中に置いた高配向グラファイト基板上へのタンパク質分子の吸着の様子を観察した。リゾチームの等電点は11であるため、溶液の水素イオン濃度が11よりも大きいと分子は負に帯電し、逆に11よりも小さいと正に帯電する。従って、水素イオン濃度が11よりも小さい溶液を用意し、基板電位を負にすると、タンパク質分子は基板に吸着するはずである。実験では未飽和の水素イオン濃度5のリゾチーム溶液を使用した。電位を0の状態にして、まず基板のμmサイズの明瞭な表面像を得た。この状態から基板電位を低下させたところ、ある電位を境に像が不明瞭となった。この状態から電位を上げると再び基板表面像が得られたが、以前ほどは明瞭ではなくなっていた。また、基板表面像が得られた電位は像が不明瞭になった電位よりも高かった。このことはある基板電位よりも下でリゾチーム分子が基板に吸着したことを示しており、吸着電位と溶液水素イオン濃度から等電点を求めることが可能であることが明らかになった。臨界電位と水素イオン濃度の関係を求めるのが次の課題であるが、そのためには再現性良く臨界電位を求める手順を決めることが必要である。また、水の電気分解のため使用できる電位幅に制限が存在する。水素イオン濃度を適当な幅で変えて観察を行うことが必要になってくる。