不凍タンパク質
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2024/02/07 01:15 UTC 版)
不凍性の機構
不凍タンパク質の不凍性機構は、吸着‐抑制機構による結晶成長阻止に由来するものとの説が有力である[7]。凍結初期に形成された微小な氷板に不凍タンパク質が吸着されると、熱力学的に氷晶の成長が抑制される[8]。その結果として、六角板形状である氷板はファンデルワールス力による表面の形成の妨害に従い、単独で紡錘形に近い形状となる[9]。
通常の氷の結晶面は、基本面 (0001) およびプリズム面 (1010) を示し、板状の結晶となって成長する。しかしながら、不凍タンパク質 (AFP typeI) が存在する場合、結晶成長は2021面に制限される[10]。この機構はさらに精密に解明され、AFP typeIは水の水素結合に介入して氷晶の成長を阻害していることが明らかとなった。しかしながら、タンパク質の水素結合に関与すると考えられた部分を変異させたものを用いた実験においても、不凍性の低下は測定できなかった[11]。このため、現在では、水素結合への介入は不凍性の主たる作用ではないとの説がある。この機構については、分子動力学法やモンテカルロ法による分子運動シミュレーションを用いた解析が有効ではないかと思われ、分析が進められている。
歴史
1950年代、カナダのショーランダー (Scholander) が魚の血液の氷点下の環境での魚の生存機構を研究中、北極海の魚の血液中には不凍性を発揮する成分が含まれているのではないかと閃いたことがきっかけとなった。そのため、不凍タンパク質類は不凍タンパク質と同時に発見されたことになる。また、このときに、不凍性成分の実体は糖タンパク質であるとの説が発表された。
また、1960年代に動物学者のアーサー・デブリース (Arthur DeVries)は、南極の魚の研究において、不凍タンパク質を単離した[12]。
その後の研究で、糖タンパク質でない不凍タンパク質類が発見された結果、不凍タンパク質類は糖タンパク質と非糖タンパク質のものに分類されることになった。デブリースとロバート・ハーニー (Robert Feeney) は1970年に不凍タンパク質類を化学的および物理的性質によって分類した[13]。1992年にグリフィス (Griffith) らは冬ライムギから不凍タンパク質を分離したと発表、また時をほぼ同じくしてウルシア (Urrutia) ・デューマン (Duman) ・ナイト (Knight) は被子植物の熱ヒステリシス性タンパク質を発見したと発表した。さらに1993年、デューマン (Duman) とオルセン (Olsen) は食用作物を含む被子植物23種から不凍タンパク質類を発見したと発表した[14]。また、彼らによれば、菌類や細菌類からも発見されたという。
近年、不凍タンパク質類 (antifreeze proteins) の名称を、氷構造タンパク質 (ice structuring proteins) に改名すべきとの主張が存在する。これは、不凍タンパク質類 (antifreeze proteins) の名称が、自動車などに用いられる「不凍液」に近く、不凍機構が不凍液と全く異なるにもかかわらず、混同される虞があるとの理由によるものである[15]。
応用
以下のような応用が検討されている[16]。
- 耐寒性植物の育種
- 耐寒性魚類の育種と養殖
- 冷凍食品の解凍と冷凍を繰り返すとまずくなる現象などの回避
- 外科手術 - 正常な生体組織を保護しつつ、腫瘍など、除去したい組織を選択的に凍結破壊する目的
- 人体や植物組織の凍結保存 - 移植用臓器や血液の保存や利用可能時間の延長に用いられる[17]
- 低体温症の対処
- ^ J. Madura (2001年). “Fishy Proteins: Projects in Scientific Computing” (英語). 2009年11月26日閲覧。
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- ^ Science Daily (2005年10月21日). “New Antifreeze Protein Found In Fleas May Allow Longer Storage Of Transplant Organs” (英語). 2009年11月26日閲覧。
- 1 不凍タンパク質とは
- 2 不凍タンパク質の概要
- 3 不凍性の機構
- 4 近年の報告
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