私は大学で魚肉の凍結実験を行っています。
魚肉を凍結すると、様々な影響により魚肉細胞のタンパク質が変性すると言われています。実際に細胞が収縮したり、細胞膜が破壊されたりします。
ここで質問なのですが、
・凍結において、溶液の濃縮効果や氷晶による機械的損傷により、
 タンパク質はどのように変性するのですか? 
・実際にはタンパク質のどのような成分がどのような化学変化を起こして
 いるのでしょうか?

その辺に詳しい方どうぞよろしくお願いいたします。
また、情報がのっている文献、HPなどありましたら教えてください。

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A 回答 (6件)

タンパクの変性は主に物理変化です。

タンパクは疎水結合、水素結合、イオン結合、s-s結合などで安定化しています。
一般的にタンパクは疎水面をコアに持ち親水面を表層に持ちます。

変性が起こる条件の主なものは、
  熱によって分子の振動が上がり構造が崩れる。
  有機溶剤によって疎水面が剥き出しにされる。
  泡立ちによる水の表面張力がかかる等です。
タンパクの変性は立体構造の破壊であって、一次構造の破壊ではないのでペプチド結合は切れませんから上に述べた条件は化学変化ではありません。

化学結合(共有結合)が変性に関わる場合としては、CysどうしのS-S結合です。
切断は還元剤によって起こすことができます。パーマ液などです。
切れる前の相手Cysと結合しないときタンパクの立体構造は著しく変化してしまうことが多いです。

変性の観測には、CDスペクトルやTrpの蛍光スペクトルがあります。
変性の専門書ではないですが、「タンパク質の一生」という本は僕の周りでは
評判がいいです。
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rei00 です。

補足拝見しました。

>”普段だと直接舌に触れないものが触れることによる変化”とはどのようなモノでしょうか?
すみません。具体的なものを想定してのコメントではありませんでした。

細胞が破壊される事から「普段であれば細胞内にあって直接触れない様なものも触れるだろうな」,「普段なら細胞内にあって酸化などの変化から守られている成分も細胞が壊される事で変化するのでは」と言う思いから出た回答でした。

余計な期待を抱かせたとしたらお許し下さい。
後は専門家の ryumu さんにお任せしたいと思います。
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味については、基本的には舌細胞のレセプターが関与してます(これは膜蛋白質です)。


biofreezingさんの言うように、細胞が壊れて、糖、脂肪、アミノ酸組成が変わると、感じる味も変化するでしょう。
とくに「うまみ」成分のグルタミン酸、イノシン酸、グアニル酸なんかの濃度がかわると・・・

ただ、アミノ酸ではなく、”蛋白質自体”に反応する味覚レセプターは現在のところ知られていないのでは・・・。
とにかく私は知らないです・・・。
もしあれば、構造が変わっている蛋白質はそのレセプターに(認識は立体構造で行うため)反応しなくなるでしょう・・・。


しかし、やはり食感も味には大事ですね。
それも含めてのrei00さん回答でいいのではないでしょうか。
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この回答へのお礼

どうもありがとうございました。大変参考になりました、また調べてみます

お礼日時:2001/01/25 12:30

下の回答の参考 URL の追加です。



食品保存技術のペ-ジです
http://www.jpo-miti.go.jp/ryutu/map/ippan07/4/4. …
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タンパク質の変性については ryumu さんが回答されている通り「基本的に立体構造変化で、とくに活性を失う変化を言うようです。

化学反応が起こるわけではないです。」で良いと思います。


>・凍結において、溶液の濃縮効果や氷晶による機械的損傷により、タンパク質はどのように変性するのですか?
どのようにというのは私も良く知りませんが,濃度が変わったり,細胞が破壊されてタンパク質の周りの pH が変わったり,共存する金属イオンが変わったり,といった様な変化で変性が引き起こされるのだと思います。

>・実際にはタンパク質のどのような成分がどのような化学変化を起こしているのでしょうか?
ryumu さんの回答にもある通り,タンパク質の変性には化学変化は関係ありません。


ryumu さんの回答への補足を拝見しますと,若干勘違いされている様な印象を受けましたので,その点についてアドバイスしておきます。

>味の変化もそれによるのですか?解凍して食べた魚肉は凍結前と比べて味が変化しますよね?私はあれは魚肉細胞中のアミノ酸とかが流出したり変化したりして起こるのだと思っていたのですが、実際はどうなのでしょうか?
味の変化はタンパク質の変性というよりも細胞の破壊によって引き起こされるものだと思います。つまり,細胞が破壊されることによる食感の変化,細胞内の成分が流出して無くなることによる変化,あるいは普段だと直接舌に触れないものが触れることによる変化などです。この点は,以下の参考 URL の記述が参考になると思います。

・ス-パ-マ-ケットのサニ-の食品の保存に関するペ-ジ
http://www.sunny-net.co.jp/a6siken/s4hozon/hozon …

・株式会社シ-ボックスの超凍-40℃以下の必要性のペ-ジ
http://www.is-assoc.co.jp/seavox/exp-40.html

この回答への補足

ご丁寧にありがとうございました。
味の変化についてですが、ryumuさん、rei00さんがおっしゃられたように細胞の破壊により、細胞内成分が初期状態から変化することが一因としてあることはわかりました。そこで申し訳ありませんが、もう一つだけ教えていただきたいのですが”普段だと直接舌に触れないものが触れることによる変化”とはどのようなモノでしょうか?
 凍結による細胞の破壊の指標を探していてドリップ、ATP変化以外のモノが欲しいのです。
何回もおたずねして申し訳ありません、どうぞよろしくお願いいたします。

補足日時:2001/01/23 11:25
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この回答へのお礼

ご丁寧にどうもありがとうございました。
ご迷惑とは思いますが、またよろしくお願いいたします。

お礼日時:2001/01/25 12:31

変性自体は詳しくないのですが・・・^^;



基本的に蛋白質の変性は、立体構造変化で、とくに活性を失う変化を言うようです。化学反応が起こるわけではないです。

凍結においては、おっしゃるように、濃縮効果により蛋白質が力学的に構造変化を誘起されます。

どのような構造変化があるかはよく知らないのですが、いろいろありそうですね。
立体構造変化により蛋白質の疎水性領域が会合しあって、沈殿することもあるでしょう。
水溶性蛋白が沈殿を生じる場合は、αヘリックスが、βシートに転移することが多いようです。

で、もしそのような状態がエネルギー的に安定であれば、常温に戻しても回復しないこともあるでしょう(不可逆的変化)。

ちなみにアルツハイマーや狂牛病などはこのようなβシート転移による病気です。
一般にβシートはαヘリックスよりも安定みたいです。

また、脂質膜ですが、温度が低いと相転移のためゲル相になるはずで、その状態で力学的損傷をうけると、幕が破けることもあるのではないでしょうか・・

以上、ご参考までに・・・

この回答への補足

早速の回答ありがとうございます。
タンパク質の変性は立方体構造の変化でおこるのですか。
味の変化もそれによるのですか?
解凍して食べた魚肉は凍結前と比べて味が変化しますよね?私はあれは魚肉細胞中のアミノ酸とかが流出したり変化したりして起こるのだと思っていたのですが、実際はどうなのでしょうか?その変性の指標となるようなアミノ酸など、実験的に確認できるモノはないものでしょうか?

補足日時:2001/01/22 15:27
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カリウムが多い食品
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http://www.drakahige.com/FAMILY/CHILD/BIRTH/2001/2001092501.shtml

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http://homepage3.nifty.com/takakis2/hayami.htm

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>サンプル濃度が低いため
サンプルの液量によります。
 少ないときは、限外ろ過膜の入ったチューブにサンプルをいれ、遠心分離というのに魅力を感じましたが、やったことはありません。
 普通に限外ろ過をして、液量が減れば、緩衝液などを継ぎ足す
 また、ゲルろ過、というのも確実でしょう。
 多いときは、透析くらいしか。透析チューブは、私の時代は糸で縛っていましたが今はプラスチックのものがあるようで。例えば、100mlだと、その10倍くらいの透析液を入れます。平衡になるのにどれくらいか記憶にありませんが、平衡になれば尿素の濃度は1/10になります。回転子を入れてカタカタ回し、朝と帰宅するときに透析液を3度ほど入れ替えていました。これだと1/1000程度になっていることが期待されますが、理論的にはいつまでも微量は残ります。

 私は、学生時代に尿素を分解するウレアーゼの精製をしたことがあります。粗抽出液のウレアーゼを沈殿させるために、アセトンを加えていました。沈殿を溶解したあと、活性の40%は戻っていました。
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>サンプル濃度が低いため
サンプルの液量によります。
 少ないときは、限外ろ過膜の入ったチューブにサンプルをいれ、遠心分離というのに魅力を感じましたが、やったことはありません。
 普通に限外ろ過をして、液量が減れば、緩衝液などを継ぎ足す
 また、ゲルろ過、というのも確実でしょう。
 多いときは、透析くらいしか。透析チューブは、私の時代は糸で縛っていましたが今はプラスチックのものがあるようで。例えば、100mlだと、その10倍くらいの透析液を入れます。平衡になるのにどれくらいか記憶...続きを読む


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