水溶液構造とタンパク質機能および食品物性

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11660123
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 宮脇 長人 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教授 (80012053)
• キーワード: 水溶液構造 / 水分活性 / タンパク質熱安定性 / タンパク質分子内疎水性相互作用 / 酵素基質親和性 / 酵素基質間疎水性相互作用 / ゾル・ゲル転移温度 / 高分子間相互作用

研究概要

水溶液はタンパク質機能や食品物性の発現の場である。本研究では、水溶液構造の物理化学的解析とそのタンパク質機能および食品物性との相関関係の解明を目標とする。この目的のためにわれわれは、種々の低分子および高分子の単成分系水溶液について溶液論的解析を行い、水分活性(a_w)および水の活動度係数の溶質濃度依存性から、次式に示す水の活動度係数(γ_w)の濃度依存性のパラメーターαが従来報告されている水溶液構造指標と良好に相関することをこれまでに明らかにしてきた。
lnγ_w=αX_S^2+βX_S^3 X_S:溶質モル濃度
そこでこのパラメーターαに代表される水溶液構造とタンパク質熱安定性との関連について検討を加えた。リゾチーム、α-キモトリプシノーゲンA、アルコール脱水素酵素について、糖類、尿素、塩類などを加えて水分活性を調節した溶液中で、熱変性温度や熱失活速度を測定し、これを水溶液構造パラメーターαと比較した結果、両者は良好な相関を示すことがわかり、これは、水溶液構造がタンパク質分子内疎水性相互作用に影響した結果であることが推測された。
次に、酵素反応と水溶液構造との関係について検討した。アルコール脱水素酵素、リゾチームなどについて、水溶液構造を変化させ、酵素反応速度を測定した結果、水溶液構造は酵素基質間アフィニティに影響し、パラメーターαと酵素反応の親和定数Km値の間には正の相関を見ることができた。このことは水溶液構造が酵素基質間疎水性相互作用に影響を及ぼしたことによるものと思われた。
この他、高分子水溶液の溶液粘度やゾル・ゲル転移温度と水溶液構造との間にも相関を見ることができ、これは高分子間相互作用に対する水溶液構造の影響を示唆するものであろう。

研究成果

• [文献書誌] Sueko Matsue,Tomotuki Fujii,Osato Miyawaki: "Effects of water activity and solvent ordering on thermal stability of lysozyme, α-chymo-typsinogen A, and alcohol dehydrogenase."Intern.J.Biol.Macromol.. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] Sueko Matsue,Osato Miyawaki: "Influence of water activity and aqueous solvent ordering on enzyme kinetics of alcohol dehydrogenase, lysozyme, and β-galactosidase."Enzyme Microb.Technol.. 26. 342-347 (2000)
• [文献書誌] Yukinori Sato,Osato Miyawaki: "Relationship between proton NMR relaxation time and viscosity of sacchride solutions."Food Sci.Tech.Res.. 6(2). 136-139 (2000)
• [文献書誌] Hideki Nakaya,Osato Miyawaki,Kozo Nakamura: "Determination of logP for pressurized carbon dioxide and its characterization as a medium for enzyme reaction."Enzyme Microb.Technol.. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] Tomoyuki Fujii 他: "Scaling analysis on elasticity of agarose gel near the sol-gel transition temperature."Food Hydrocolloid. 14. 359-363 (2000)
• [文献書誌] 宮脇長人(分担): "食品とガラス化・結晶化技術(村瀬則郎・佐藤清隆 編)"サイエンスフォーラム. 10 (2000)
• [文献書誌] Osato Miyawaki,Kozo Nakamura(分担): "Lipid Biotechnology (Kuo,Gardner 編)"Marcel Dekker, New York(印刷中). (2001)