タンパク質の沈殿とは何ですか？

タンパク質沈殿は、溶液中に保持されているタンパク質を抽出および精製するために使用される方法です。 大きくて複雑な分子であるタンパク質には、一般に、負の電荷を持つ部分と正の電荷を持つ部分、および親水性と疎水性の部分があります。 溶液中のタンパク質は、分子の負と正に帯電した部分の間の引力と疎水性部分の相互引力により、凝集して沈殿する傾向があります。 ただし、この傾向に対抗するのは、水溶液では、極性の水分子が、水とタンパク質分子の反対に帯電した部分間の静電引力のために、タンパク質分子の周りに配置される傾向があるという事実です。 これにより、タンパク質分子がバラバラになり溶液中に残りますが、タンパク質の沈殿を達成するためのさまざまな方法があります。

タンパク質沈殿の最も一般的に使用される方法は、塩の溶液を追加することです。これは、しばしば「塩析」と呼ばれる手法です。 最も頻繁に使用される塩は硫酸アンモニウムです。 塩イオンと水分子との相互作用により、タンパク質分子間の水の障壁が取り除かれ、タンパク質の疎水性部分が接触できるようになります。 これにより、タンパク質分子が凝集し、溶液から沈殿します。 一般的に、タンパク質の分子量が高いほど、沈殿を引き起こすのに必要な塩の濃度が低くなるため、塩濃度を徐々に増加させることにより、溶液中の異なるタンパク質の混合物を分離することが可能です。異なる段階で異なるタンパク質が沈殿します。これは、分別沈殿として知られるプロセスです。

水性媒体へのタンパク質の溶解度は、有機溶媒を導入することにより低下させることができます。 これは誘電率を低下させる効果があり、これはこの文脈では溶媒の極性の尺度と見なすことができます。 極性の低下は、タンパク質分子の周囲に溶媒分子が集中する傾向が少ないことを意味します。そのため、タンパク質分子間の水の障壁が少なくなり、タンパク質沈殿の傾向が大きくなります。 多くの有機溶媒はタンパク質分子の疎水性部分と相互作用し、変性を引き起こします。 ただし、エタノールやジメチルスルホキシド（DMSO）などの一部は含まれません。

タンパク質は、多くの場合、溶液中に負および正に帯電した部分を持つことがありますが、pHに応じて変化する全体的な正または負の電荷を持ち、静電反発によりそれらを分離します。 pHが低い酸性条件では、タンパク質は全体的に正の電荷を持つ傾向がありますが、pHが高いと電荷は負になります。 タンパク質には、全体的な電荷がない中間点があります。これは等電点と呼ばれ、ほとんどのタンパク質では、pH範囲4〜6にあります。 溶解したタンパク質の等電点に到達するには、酸（通常は塩酸または硫酸）を添加してpHを適切なレベルに下げ、タンパク質分子のクラスター化と沈殿を可能にします。 この方法の欠点は、酸がタンパク質を変性させる傾向があることですが、不要なタンパク質を除去するためによく使用されます。

タンパク質沈殿の他の方法には、非イオン性親水性ポリマーと金属イオンが含まれます。 前者は、タンパク質分子間の障壁を形成するために利用可能な水の量を減らし、それらが一緒に凝集して沈殿することを可能にします。 正に帯電した金属イオンは、タンパク質分子の負に帯電した部分と結合し、タンパク質が周囲の水分子の層を引き付ける傾向を減らし、タンパク質分子が互いに相互作用して溶液から沈殿することを可能にします。 金属イオンは、非常に希薄な溶液でも効果的です。