生体物理学：タンパク質やコロイドの分散系を安定化させるアミノ酸の効果

アミノ酸は、生体媒質の安定化剤として用いられてきた長い歴史を持つ。例えばアミノ酸は、生物医学的製剤の重要な成分である。また、アミノ酸が生体系に及ぼす効果も高く評価され始めており、例えば、水ストレスを受けた細胞は、アミノ酸レベルを上昇させてタンパク質の凝集を防いでいると考えられている。水の構造化から可溶化、ミスフォールディングに対する安定化などの特定の効果まで、アミノ酸の機能に関していくつかの仮説が提唱されているが、その安定化機能がタンパク質特異的なのか一般的なコロイド特性なのかは不明である。今回我々は、アミノ酸が新規で広範なコロイド特性を有すると推論した。すなわち、アミノ酸は弱い相互作用を通して表面に吸着することにより、パッチ状のナノスケールコロイドを安定化させる。我々は、アミノ酸がさまざまなタンパク質、プラスミドDNA、非生物ナノ粒子の分散系に及ぼす安定化効果を、慎重に実験で評価することによって、この一般的特性を実証した。さらに我々は、この現象を捉えた理論的枠組みを開発するとともに、アミノ酸以外にも該当するいくつかの新規で広範な理論的影響を実験的に裏付けた。加えて、in vivo実験では、インスリンに1 Mのプロリンを添加すると、血中バイオアベイラビリティーが2倍になることが実証された。全体として今回の結果は、小分子の役割が、イオン強度と同じくらい重要であり、生物物理学の実験では常に報告されるべきであることを示している。

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