著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Foods

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

肉が水分をどれだけ保てるかを示す「保水性」は、食べたときの品質、加工のしやすさ、経済的な価値を左右します。著者らによると、筋肉中の水のおよそ85%は、筋原線維タンパク質という筋肉の主要なタンパク質がつくる立体的な網目の中に閉じ込められています。そのため、このタンパク質の形や網目の安定性が、肉の保水性に直接かかわります。

と畜から加工、保存までの間には、脂質の酸化がほぼ避けられません。その過程でできるマロンジアルデヒド（MDA）は、反応しやすいアルデヒド基を2つ持つ物質です。タンパク質の中の反応しやすい部分、たとえばアミノ酸のシステインが持つチオール基（硫黄を含む基）やリシンのアミノ基と結びつき、タンパク質どうしを架橋すると考えられています。ただし、MDAが保水性を低下させる分子のしくみは、十分に分かっていませんでした。特に、MDAに反応するシステインの部位と、タンパク質の構造変化との関係は未解明でした。

そこで研究チームは、MDAが牛の筋原線維タンパク質の保水性にどう影響するかを調べました。あわせて、システインの酸化状態の変化が、構造と機能の劣化に関係しているかどうかを検討しました。

何を、どのように調べたか

研究チームは、6頭の黄牛（24〜30か月齢）の大腿四頭筋から筋原線維タンパク質を取り出しました。このタンパク質を、MDAを含まない対照と、0.5、1、2、5、10ミリモーラー（mM）のMDAでそれぞれ処理し、結果を比べました。MDAは、前駆体の化合物を酸で分解して、使うたびに新しく調製しました。

水に関しては、水分含量と、遠心分離で失われる水の割合（遠心損失）を測りました。さらに、低磁場核磁気共鳴（LF-NMR）という方法で、タンパク質に束縛された水と自由に動ける水の割合を調べました。

タンパク質の構造については、電気泳動で分子の切断を確かめ、赤外分光でらせん状やシート状といった部分的な立体構造（二次構造）の割合を求めました。トリプトファン蛍光では、より大きな立体構造（三次構造）の変化を調べました。また、異なる溶液でタンパク質がどれだけ溶け出すかを比べ、水素結合、イオン結合、疎水性相互作用、ジスルフィド結合（硫黄どうしの結合）のそれぞれの寄与を見積もりました。酸化の指標としては、カルボニル基と総スルフヒドリル基の量を測り、アミノ酸組成も分析しました。

さらに、レドックスプロテオミクスという手法で、どのタンパク質のどのシステイン部位の酸化状態がMDAによって変わるかを網羅的に調べました。そのうえで、選んだ部位の近くにMDAが位置できるかを、分子ドッキングというコンピューター上の結合予測で検討しました。測定はいずれも独立した実験で3回ずつ行われました。

主な報告結果

MDAの濃度が高いほど、タンパク質の保水性は下がりました。水分含量は1 mMから有意に低下し、対照の82.15%から10 mMでは75.12%になりました。遠心損失は0〜2 mMでは6.23〜6.42%で、差がありませんでした。しかし5 mMで8.42%、10 mMで9.27%に増え、10 mMでは対照より48.80%高くなりました。自由に動ける水の割合も5 mM以上で有意に増え、10 mMでは対照の94.933%から96.853%に上がりました。

構造面では、2 mM以上で二次構造の組み替えが見られました。らせん状のαヘリックスは対照の42.60%から10 mMで30.00%に減りました。一方、シート状のβシートは26.80%から37.40%に増え、より乱れた構造へ移る傾向が示されました。電気泳動では、主要なタンパク質であるミオシン重鎖とアクチンの帯がはっきり残っていました。タンパク質の鎖が大きく切れることは主な反応ではなかったと報告されています。

タンパク質どうしを結びつける力も変化しました。水素結合の寄与は10 mMで対照より50.1%減りました。ジスルフィド結合の寄与は濃度とともに増え続け、10 mMで160.9%増加しました。疎水性相互作用は5 mMで最大になり、その後は低下しました。酸化の指標では、10 mMでカルボニル基が対照より77.9%増え、総スルフヒドリル基は64.8%減りました。アミノ酸の中ではシステインの減少が最も大きく、100gあたり0.30gから0.05gへと83.33%減りました。これに続いてメチオニン、ヒスチジン、リシン、チロシンも減りました。

レドックスプロテオミクスでは、筋原線維や細胞骨格をつくるタンパク質に、MDAに反応する57か所のシステイン部位が見つかりました。アクチン、αアクチニン、LIMドメインを持つタンパク質などです。代表的な12部位について分子ドッキングを行ったところ、結合の強さを示すスコアは−1.8〜−3.3 kcal/molでした。これは比較的弱い非共有結合的な相互作用を示す値です。中でもアクチンの258番目のシステイン付近が最も良いスコア（−3.3 kcal/mol）を示しました。この部位は、プロテオミクスでも信号が対照の約40分の1に低下していました。

この報告が示すこと

研究チームは、MDAによる保水性の低下は濃度に比例してなだらかに進むのではなく、ある濃度を超えたときにはっきり表れると述べています。低い濃度でも反応しやすいアミノ酸はすでに減り始めていましたが、筋原線維の網目は限られた化学変化なら吸収できていたと解釈されています。

著者らが示したしくみは、段階的なものです。まず特定の部位が化学的に修飾され、次に立体構造が不安定になり、それがタンパク質どうしの会合や凝集を促します。凝集が一定の水準に達すると網目の柔軟性が失われ、閉じ込められていた水が動きやすくなって保水性が下がる、という流れです。著者らはその中心に、システインの酸化状態の変化を位置づけています。また、ここで特定されたMDA応答性のシステイン部位は、保水性を守る対策の効果を評価する際の分子的な目印になりうると述べています。

一方で限界も示されています。ドッキングで得られた結合は弱い非共有結合的なもので、MDAとシステインが共有結合した生成物ができたことを証明するものではありません。また、洗浄後に残ったクロマトグラフィーの変化だけでは、MDAの付加とタンパク質の凝集状態の変化を区別できません。さらに、今回の結果は肉から取り出したタンパク質のモデルで得られたものであり、肉そのものでの検証が必要だとしています。

原著論文の著者・所属：He Li（College of Food Science and Engineering, Hainan University, Haikou 570228, China; College of Life Sciences, Hubei Normal University, Huangshi 435002, China）、Zhenyu Fang（College of Life Sciences, Hubei Normal University, Huangshi 435002, China）、Qin Wu（College of Fisheries, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; College of Life Sciences, Hubei Normal University, Huangshi 435002, China）、Dunhua Liu（College of Food Science and Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021, China）、Jun Liu（College of Life Sciences, Hubei Normal University, Huangshi 435002, China）、Ningxia Bu（Ningxia Veterinary Drugs and Fodder Inspection Institute, Yinchuan 750011, China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：He Li, Zhenyu Fang, Qin Wu, et al. Mechanism of Malondialdehyde-Induced Deterioration in Water-Holding Capacity of Bovine Myofibrillar Proteins: Insights from Structural Modifications and Molecular Docking. Foods（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-08-27. DOI: 10.3390/foods15173022. 原著ライセンス：CC BY.