メンバー： 中村暢文、大野弘幸

分野： 複合化学、材料化学、生物科学

所属： 工学研究院

キーワード： 経時安定性、耐熱性、コスモトロピシティ、溶解性、高次構造、long-term stability、 thermostability、 kosmotropicity、 solubility、 higher ordered structure

ウェブサイト：

• http://www.tuat.ac.jp/~ohno/index.html

イオン液体を用いたbiotechnologyへの応用が期待されるが、一般的にイオン液体中へタンパク質は溶解しない。我々はこれまでにタンパク質をイオン液体中に溶解可能な方法をいくつか提案してきた。その中で、イオン液体にわずかな水を添加して作成する”水和イオン液体”について紹介する。構成イオンを選択した水和イオン液体は、難揮発性などイオン液体の特性を保持したまま、わずかな水を含有することでタンパク質の溶解性を向上する（図1）[1]。しかし、構成イオンによってタンパク質の溶媒としての影響は大きく異なる[2]。コリニウムカチオン([ch])とリン酸ニ水素アニオン([dhp])からなる[ch][dhp]のイオンペアに対して、水が3分子存在するような水和イオン液体中には様々なタンパク質や核酸が高濃度で溶解可能であり、水中とほぼ同様の構造を保持していることを報告してきた[1,3]。また、溶解後のタンパク質の耐熱性や経時安定性が水溶液中に比べて格段に向上することが分かった（図2）。水和[ch][dhp]中に溶解したタンパク質の酵素反応や電子移動反応が進行することも明らかにした（図3,4）[4,5]。さらに、水和イオン液体中でのタンパク質のリフォールディング効果が示唆されており、詳細な検討を進めているところである。

Research members： Nobufumi Nakamura PhD., Hiroyuki Ohno PhD.

Research fields： Applied chemistry, Materials chemistry, Biological Science

Departments： Institute of Engineering

Keywords： long-term stability, thermostability, kosmotropicity, solubility, higher ordered structure

Web site：

• http://www.tuat.ac.jp/~ohno/index.html

It is expected that development of biotechnology should be carried out with ionic liquids (ILs), because of the attractive characteristics as solvents. However, it is difficult to dissolve proteins in general ILs. We have been proposed new methods to dissolve proteins in ILs. One of the methods based on the mixture of specific ILs and water is called “hydrated ILs”. Addition of the proper amount of water is important for dissolving proteins in ILs without losing the IL properties (Fig. 1)[1]. Solubility and effect on the protein structure after dissolution was the function of ion species [2]. We have been reported that a hydrated IL, cholinium dihydrogen phosphate ([ch][dhp]), with three water molecules per ion pair shows excellent solubility of proteins and nucleic acids with maintaining higher ordered structure [3]. After dissolution in the hydrated IL, proteins showed enormous improvement thermostability and long-term stability as compared with those in buffer (Fig. 2). Enzymatic reactions and electron transfer reactions of dissolved proteins were also observed in hydrated [ch][dhp] (Fig. 3, 4) [4, 5].