ジメチルスルホキシドによるタンパク質の沈殿と変性

溶媒条件は、溶液中のタンパク質の幅広い物理的特性に大きな役割を果たします。ジメチルスルホキシド（DMSO）を含む有機溶媒は、沈殿、結晶化、変性タンパク質に使用されています。ここでは、DMSOとの屈折計量測定とアミノ酸の溶解度測定によるタンパク質との相互作用を研究しました。使用されたタンパク質、すなわち、リボヌクレアーゼ、リゾチーム、ベータラクトグロブリン、キモトリプシノゲンはすべて、ネイティブ状態にある低DMSO濃度で、負の優先的なDMSO結合、または優先水分補給を示しました。DMSO濃度が増加すると、リボヌクレアーゼを除き、優先的な相互作用が優先的な水分補給から優先的なDMSO結合に変化しました。優先DMSO結合は、より高いDMSO濃度で観察されたこれらのタンパク質の構造変化と展開と相関していました。アミノ酸の溶解度測定により、グリシンとDMSOの相互作用は非常に好ましくありませんが、DMSOと芳香族および疎水性側鎖と疎水性側鎖と相互作用が好ましいことが示されました。観察された天然タンパク質の優先的な水分補給は、DMSOの除外された体積効果と、DMSOと極性のないグリシン分子との不利な相互作用によって明らかにされるように、DMSOと極表面の不利な相互作用の組み合わせから説明できます。DMSOと天然タンパク質のこのような不利な相互作用は、DMSOによるタンパク質の自己関連の強化と沈殿と相関しています。逆に、DMSO濃度が高いために観察された立体配座変化は、DMSOの疎水性および芳香族側鎖への結合の増加によるものであり、タンパク質の展開で新たに露出していました。

Solvent conditions play a major role in a wide range of physical properties of proteins in solution. Organic solvents, including dimethyl sulfoxide (DMSO), have been used to precipitate, crystallize and denature proteins. We have studied here the interactions of DMSO with proteins by differential refractometry and amino acid solubility measurements. The proteins used, i.e., ribonuclease, lysozyme, beta-lactoglobulin and chymotrypsinogen, all showed negative preferential DMSO binding, or preferential hydration, at low DMSO concentrations, where they are in the native state. As the DMSO concentration was increased, the preferential interaction changed from preferential hydration to preferential DMSO binding, except for ribonuclease. The preferential DMSO binding correlated with structural changes and unfolding of these proteins observed at higher DMSO concentrations. Amino acid solubility measurements showed that the interactions between glycine and DMSO are highly unfavorable, while the interactions of DMSO with aromatic and hydrophobic side chains are favorable. The observed preferential hydration of the native protein may be explained from a combination of the excluded volume effects of DMSO and the unfavorable interaction of DMSO with a polar surface, as manifested by the unfavorable interactions of DMSO with the polar uncharged glycine molecule. Such an unfavorable interaction of DMSO with the native protein correlates with the enhanced self-association and precipitation of proteins by DMSO. Conversely, the observed conformational changes at higher DMSO concentration are due to increased binding of DMSO to hydrophobic and aromatic side chains, which had been newly exposed on protein unfolding.