オスモライト

オスモライトとは

オスモライト（osmolyte）とは、生物が細胞内外の浸透圧を調整するために用いる化学物質の総称です。浸透圧は、水が濃度の低い方から高い方へ移動する現象であり、細胞内外で浸透圧の差が生じると、細胞の体積が変化し、細胞機能に悪影響を及ぼす可能性があります。オスモライトは、このような浸透圧ストレスから細胞を保護し、細胞の体積を一定に保つ重要な役割を担っています。

また、オスモライトは、細胞内のタンパク質の安定化にも貢献します。タンパク質は、特定の立体構造を維持することで正常な機能を果たしますが、浸透圧の変化や高温、低温、乾燥などの環境ストレスによって変性してしまう可能性があります。オスモライトは、タンパク質の構造を安定化させ、変性から保護することで、細胞の機能を維持します。

類似の用語として、「適合溶質（osmoprotectant）」がありますが、これもオスモライトと同様に細胞を保護する物質を指します。

オスモライトの特性

有機オスモライトは、以下の特徴を持ちます。

濃度安定性: 広範囲の濃度域で効果を発揮し、高濃度でもオスモライトとして機能します。
機能安定性: タンパク質の機能を維持し、活性を損ないません。
構造安定性: タンパク質の分子構造を安定化させ、変性を防ぎます。

さらに、以下の特性を持つものも存在します。

温度安定性: 高温や低温の環境下でもタンパク質を安定化させます。
耐凍結融解性: 凍結融解によるタンパク質の不可逆的な変性を抑制します。
耐乾燥性: 乾燥によるタンパク質の不可逆的な変性を防ぎます。
凝集抑制: タンパク質の凝集（会合）を抑制し、タンパク質が正常に機能するように保ちます。

オスモライトの例

オスモライトは、生物の種類や生息環境によって多様な種類が存在します。

モクズガニ: 海水と淡水を往来するモクズガニは、海水中でグリシン濃度を高めることで、高浸透圧環境に適応しています。
哺乳類の腎髄質: 高濃度の塩化ナトリウムや尿素にさらされる哺乳類の腎髄質では、ソルビトール、ベタイン、イノシトール、タウリン、GPCなどが主にオスモライトとして利用されています。
塩生植物: 塩分の多い環境で生育する塩生植物では、プロリン、バリン、イソロイシン、エクトイン、アスパラギン酸、ベタイン、グルコース、フルクトース、スクロース、フルクタン、マンニトール、ピニトール、myo-イノシトールなどがオスモライトとして利用されています。
バクテリア: 高浸透圧ストレスにさらされるバクテリアでは、トレハロース、プロリン、グルタミン酸、エクトイン、グリシンベタイン、カルニチンなどがオスモライトとして利用されています。
クマムシ: 乾燥に強いことで知られるクマムシは、トレハロースによって耐乾燥性を獲得していると考えられています。

オスモライトの種類

オスモライトは、以下のカテゴリーに分類されます。

無機イオン類
カリウムイオン (K+)
塩化物イオン (Cl-)
多価アルコール類
グリセロール
マンニトール
トレハロース
グルコース
スクロース
ソルビトール
イノシトール
アミノ酸類
アラニン、β-アラニン
グリシン
グルタミン酸
プロリン
GABA
タウリン
エクトイン
メチルアンモニウム類
トリメチルアミン-N-オキシド (TMAO)
コリン
アセチルコリン
グリシンベタイン（トリメチルグリシンなど）
プロリンベタイン
グリセロホスホコリン (GPC)
ジメチルスルホニオプロピオナート (DMSP)
尿素類
尿素


生物種によって、利用されるオスモライトは異なります。

まとめ

オスモライトは、細胞内外の浸透圧を調整し、タンパク質の安定性を維持することで、生物が様々な環境ストレスに適応するために重要な役割を果たしています。オスモライトの研究は、生物の環境適応メカニズムの解明だけでなく、医療や産業への応用も期待されています。

参考資料

松島 治 (1997). “低分子有機化合物による細胞内浸透圧調節”. 比較生理生化学 (日本比較生理生化学学会) 14 (1).
Maurice B. Burg; Joan D. Ferraris (2008). “Intracellular Organic Osmolytes: Function and Regulation”. Journal of Biological Chemistry 283: 7309-7313.
Kevin Strange (1993), Cellular and Molecular Physiology of Cell Volume Regulation, CRC Press, Inc., pp. 81（Chap.5 Compatible and Counteracting Solutes）

関連項目

浸透圧
タンパク質のフォールディング（折りたたみ）
シャペロン
クリプトビオシス
* トレハロース

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