Hydrodynamic Radius – 回転半径

サイズの重要性: 流体力学的半径 vs 回転半径 (Rh対Rg)

成功を収めたブログシリーズの第2回へようこそ。これは、タンパク質の定性的および定量的分析に関する

このブログシリーズでは、聴衆から寄せられた興味深い質問のいくつかに答えます。今日は、流体力学的半径（Rh）と回転半径（Rg）の違い、それがタンパク質の特性評価にどう影響するかを見ていきます。

分子のサイズを説明する多くのパラメータの中で、最も一般的に使用されるのは流体力学的半径（Rh）と回転半径（Rg）です。これらのパラメータはどちらも、あなたの分子がどれだけ大きいか小さいかを示しますが、異なる手段を使用してサイズ値に到達します…そして、さらに混乱を招くかもしれませんが、それらの答えは同じではなく、しかしどちらも間違っていません！

Rhは動的光散乱によって測定され、観察中の分子と同じ速度で拡散する等価な硬球の半径として定義されます。実際には、タンパク質とその複合体の溶液は硬球として存在せず、決定された流体力学的半径は溶媒和され、回転する分子が採用する見かけのサイズをより正確に反映します。一方、Rgは分子のコアから各質量要素までの距離の質量加重平均として定義されます。半径が10nm以上の高分子においてRgは、異なる角度での散乱光の強度差を測定するテクニックである多角度光散乱を用いて古典的に決定されます。半径が10nm未満の分子、つまり既知のタンパク質の大部分を占める分子は、すべての角度で均等に光を散乱させ（レイリー散乱体）、したがって角度依存性を示しません。したがって、タンパク質に対してこの方法でRgを決定することはできません。ただし、他の技術、たとえば小角中性子散乱（SANS）および小角X線散乱（SAXS）から、または高解像度のX線構造からRgを得ることが可能です。

タンパク質とその複合体において、RgとRhは常に同じ桁で存在しますが、これらのサイズパラメータがタンパク質の特性評価において本当に意味するところは何でしょうか？ 

この質問に答えるために、タンパク質の特性評価の3つの重要な領域を見ていく必要があります。まず第一に、サイズを測定できることは、準備中のタンパク質のアイデンティティとオリゴマー状態を確認するための簡単な方法を提供します。それの単量体サイズに関するa prioriの知識を前提としています。そのため、タンパク質生産ラボで精製されたタンパク質の関連部分を特定したり、調製の一貫性を確認するためにサイズスクリーニングを実施する方法が簡単に想像できます。

第二に、生物学的プロセスは溶液中で起こります。そのため、タンパク質を研究し特性評価することへの関心は、タンパク質の挙動を理解し、最終的に制御することに根ざしています。溶液中のタンパク質の挙動を理解すれば、他の生体分子や薬物との相互作用、およびそれぞれの相互作用を予測できると信じられています。この情報はさらに進められ、特定の結果をもたらすために例えば製剤開発にタンパク質溶液を操作するために使用されます。これから、Rhは環境のコンテキストでタンパク質サイズを考慮しているため、生物学的に関連するパラメータであることが明らかです。

RgとRhはどちらも、タンパク質の特性評価の第三の重要な領域、構造についての洞察を得るために使用できます。Rgが計算される方法は、その値自体が関心のある分子の構造に依存する点で、Rhの値よりわずかに依存性が高いことを意味します。しかし、RgとRhの比（Rg/Rh）は、タンパク質分子の形状情報を本当に提供します。球状タンパク質の特徴的なRg/Rh値は約0.775で、これはRgがRhより小さいことを意味します。しかし、分子が球状から非球形または細長い構造に逸脱すると、Rg/Rhは0.775以上の値に近づく傾向があります。これはRgがRhより大きくなるためです。

実験的には、タンパク質に対してRgを静止光散乱技術を通じて得ることができないことを覚えておくことが重要です。さらに、RhはPerrin理論を通じて形状情報を得るための代替ルートを提供することができます。

まとめると、RgとRhの値はお互いの代わりに使用すべきではありませんが、どちらも対象のタンパク質の異なる視点を提供します。分子サイズによって提供される情報の価値に加えて、測定自体の多くの特徴、例えば分析時間、濃度、サンプル体積、予算などが考慮され、ユーザーにとっての実際の価値を確立する必要があります。

近日公開…

このブログシリーズの次回の記事をお楽しみに。凝集点とそれがタンパク質およびバイオセラピューティック製剤の安定性にどのように関連するかについて詳しく説明します。