ジチオトレイトール

ジチオトレイトール (Dithiothreitol, DTT)

ジチオトレイトール（DTT）は、分子式 C4H10O2S2 を持つ低分子の有機化合物であり、強力な還元剤として知られています。一般的にはDTTと略称され、発見者であるウィリアム・クリーランドにちなんで「クリーランド試薬」あるいは「クレラン試薬」とも呼ばれます。名称は四炭糖のトレオースに由来しており、関連化合物であるジチオエリトリトール（DTE）とは異性体（エピマー）の関係にあります。

DTTの還元作用は、分子が酸化される際に分子内にジスルフィド結合を形成して安定な6員環構造となる傾向が非常に強いことに起因します。還元型では分子は直鎖状ですが、酸化型ではこの環状構造をとります。DTTの標準酸化還元電位はpH 7において-0.33Vであり、これは一般的な生体分子中のジスルフィド結合よりもはるかに低い電位です。他の分子のジスルフィド結合は、DTTの2つのチオール基による連続したチオール-ジスルフィド交換反応を経て還元されます。この反応の中間体は不安定で、最終的に自身が酸化されて環状構造になったDTTが生成し、相手のジスルフィド結合が解消されます。ただし、DTTの還元力はpHに依存的です。チオール基（-SH）が反応性を持つのはプロトンを失ったチオレート型（-S-）であるためで、チオール基のpKaが通常8.3程度であることから、DTTが効果的に還元作用を発揮するのはpH 7以上のアルカリ性付近に限られます。

DTTは生化学分野で広く利用されています。代表的な用途の一つに、チオール修飾された核酸（特にDNA）の「脱保護」があります。チオール基は溶液中、特に酸素の存在下で容易に二量体を形成してしまいます。金表面への固定化など、バイオセンサーやナノテクノロジーの分野でDNAを機能化する際には、この二量体化はカップリング効率を著しく低下させる要因となります。DTTを添加することで、形成された二量体を還元してモノマー（単量体）に戻し、その後の反応効率を高めることができます。反応後にDTTは濾過やクロマトグラフィーといった手法で溶液から除去されます。

タンパク質の取り扱いにおいてもDTTは不可欠な試薬です。タンパク質中のシステイン残基間に形成される分子内または分子間のジスルフィド結合を切断するために用いられ、これによりタンパク質の立体構造を変化させたり、凝集を防いだりする目的で使われます。ただし、溶液に露出していないタンパク質の内部に埋もれたジスルフィド結合は、DTTのような試薬では容易に還元できません。したがって、全てのジスルフィド結合を完全に還元したい場合は、高温条件下や、尿素、塩酸グアニジン、SDSといった強力な変性剤を高濃度で加えてタンパク質の立体構造をほどいた「変性条件」で行うことが一般的です。逆に、DTTによる還元反応の速度を測定することで、個々のジスルフィド結合が溶液にどれだけ露出しているかを分析する手法も存在します。

非常に稀なケースですが、DTTが酸化剤として利用されることもあります。この場合、DTTの利点として、グルタチオンなどの他の酸化剤を用いた場合に起こりうる、異なる分子種のジスルフィド結合が混じり合うといった問題が避けられます。また、例外的にDTTの二つの硫黄原子が自身の分子内ではなく、他の硫黄原子とジスルフィド結合を形成し、環状化できないDTT付加物として存在する可能性も理論上考えられます。

DTTは空気中の酸素によって容易に酸化されるため、比較的安定性に欠ける化合物です。長期保存する際は、冷凍し、窒素ガスなどの不活性気体雰囲気下で密閉して保存することが推奨されます。また、前述のように低pHではチオール基のプロトン化が進み求核性が低下するため、還元作用が弱まります。より安定で、かつ低pH領域でも有効な還元剤として、トリス(2-カルボキシエチル)ホスフィン塩酸塩（TCEP HCl）などが代替品として利用されることがあります。

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