タンパク質の立体構造と受容体

タンパク質の高次構造

タンパク質は、複雑な形を形成することによって、物質の識別や化学反応、異物の排除などに関わっています。その構造は、一次構造から四次構造まで階層的に分類されています。

タンパク質の一次構造

タンパク質のアミノ酸配列を一次構造と呼びます。

タンパク質は20種類のアミノ酸が複数結合することにより構成されています。 2つ以上のアミノ酸が結合するとペプチドと呼ばれ、一般的に50以上のアミノ酸が結合するとタンパク質と呼ばれます。

わずか2つのアミノ酸が結合するだけでも、20×20=400種のペプチドが生まれることになり、タンパク質の種類が非常に多くのパターンになることが分かるかと思います。

タンパク質の二次構造

タンパク質の一部が水素結合により部分的に折り畳まれている構造を、タンパク質の二次構造と呼びます。具体的にはα-ヘリックス(α構造)とβ-シート(β構造)です。

α-ヘリックス:螺旋階段のように螺旋状(回転しながら垂直方向に延長)に形成されている構造です

β-シート:アミノ酸の配列が交互に行き交うことにより、平面的な広がりを持つ構造です。

上記の構造は、1つのαヘリックス(らせん状の部分)と1組のβシート(矢印)がある単純な構造を示しています。1つのタンパク質には、多くのαヘリックスやβシート構造を有していることがあります。

タンパク質の三次構造

αヘリックスやβシートを含めて、最終的にタンパク質が完成するための構造です。具体的には、疎水結合(疎水的相互作用)ジスルフィド結合などがあります。

疎水結合(疎水的相互作用):分岐鎖アミノ酸(バリン、ロイシン、イソロイシン)の側鎖などは炭化水素であり、水を避けてタンパク質の内側に配置されやすくなります。そういった疎水的な部分が重なっていく構造です。

ジスルフィド結合:システインの側鎖である硫黄(スルフィド)が2つ(ジ)結合することで形成される、強い構造です。

タンパク質の四次構造

単体のタンパク質では十分な機能をせず、複数のタンパク質が結合することで機能するタンパク質の複合体を四次構造と呼びます。

最も良く知られているタンパク質の四次構造は、ヘモグロビンです。2種類のタンパク質が各2つずつ、つまり4つのタンパク質が1つのタンパク質複合体を形成することで、酸素運搬の機能を果たします。

後述する免疫グロブリンも、同様に2種類のタンパク質が各2つずつ四量体構造をしています。

以上のように形成された複雑なタンパク質の構造により、物質を認識することが可能になっています。その実例を、次のページ、以下の動画で説明しています。

タンパク質による物質の識別(免疫・受容体・酵素)
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