溶液X線散乱クロマトグラフィー法による食品に関連するタンパク質の特性解析

• 担当機関: （独）農業・食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所
• 研究期間: 2006～2009
• 研究担当者: 渡邊 康
• 発行年度: 2009
• 要約: ゲル濾過クロマトグラフィーと溶液X線散乱法を組み合わせた測定法は、溶液中でタンパク質を分離すると同時に当該タンパク質の溶液中における構造情報をリアルタイムで獲得できる。
• キーワード: 生体高分子の溶液構造物性、溶液X線散乱法、クロマトグラフィー
• 背景・ねらい: アレルゲン性タンパク質や動物の消化管粘液糖タンパク質などの食品に関連するタンパク質の構造に関する情報は、食品の機能解析や農作物や食品中の機能性高分子物質の探索等に有用で、食品産業・農業における様々な分野での活用が期待される。これらのタンパク質は、会合体や複合体あるいは不定形で結晶化の困難なもの、またはNMR解析には適さない巨大分子であるものが多く、これらの構造解析手法として溶液散乱法の有効性が注目されている。しかし、溶液中のタンパク質は溶媒条件により多様な形状あるいは分子集合状態であるため、これらを分離と同時に溶液構造を評価する方法の開発が待たれている。本研究は、ゲル濾過クロマトグラフィーと溶液X線散乱法を組み合わせることにより、食品に関連するタンパク質をクロマトグラフィーで分離すると同時に溶液中の分子サイズ、分子量および分子鎖構造が評価可能であることを明らかにする。

成果の内容・特徴

1. タンパク質をゲル濾過クロマトグラフィーにより分離溶出後、溶出液を濃度決定のための紫外吸光度計(あるいは示差屈折計)および構造評価のための放射光溶液X線散乱測定システムでオンラインモニターする(図1)。
2. アレルゲン性を有する会合性タンパク質である牛血清アルブミン(BSA)の本測定法の適用において、クロマト溶出液の溶液X線散乱時分割測定により得られた試料溶出時の散乱データの小角領域の解析より、単量体および各会合体の分子サイズ(回転半径)と分子量が評価できることがわかる(図2)。
3. また、食品タンパク質である卵白アルブミン、大豆トリプシンインヒビターおよび卵白リゾチームについて、分子量と本測定法で得られた溶出時の散乱角ゼロの散乱強度I(0)を溶出試料濃度Cpで除した値の直線的相関関係から(図2挿入図)、新規生体高分子物質の溶液中の分子量を溶出時間と関係なく評価できることが示唆される。
4. さらに、特定溶出位置の散乱データの解析から分離直後の分子鎖構造の評価が可能であり、消化管粘液糖タンパク質ムチン(分子量約200万)は、球状タンパク質である卵白アルブミンとは異なり、ランダムコイル構造を取っていることが明らかである(図3)。

成果の活用面・留意点

1. この測定法を利用して、食品関連生体高分子の混合物を分離と同時に分子サイズ、分子量および分子鎖構造を評価することにより、溶媒条件や加工条件の変化にともなう食品関連生体高分子の会合や解離あるいは複合体形成などの相互作用解析への応用が可能である。
2. 放射光溶液X線散乱測定装置は、高エネルギー加速器研究機構などの放射光施設において利用が可能である。また、本手法の適用可能性を広げるために、生体高分子を対象とした溶液X線散乱測定装置の高度化を進める予定である。

• カテゴリ: 加工 機能性 大豆