タンパク質の複雑性

たった20のビルディングブロックに基づいて、タンパク質はどのように機能の多様性を持っているのでしょうか?


体内には20,000以上の異なるタンパク質があります(1)。たった20のビルディングブロックに基づいて、タンパク質はどのように機能の多様性を持っているのでしょうか?その答えは、一次、二次、三次、および四次構造の複雑性にあります(図1)。

図1.タンパク質構造の4つのレベル。

一次構造

一次構造は、タンパク質のアミノ酸配列で構成されています。このレベルでさえ、異なるアミノ酸によって与えられる酸性度、サイズ、疎水性、および電荷を含むかなりの生化学的複雑さがあります。酸性度に関しては、3種類のアミノ酸があります。中性(例:アラニン)、酸性(例:アスパラギン酸)、および塩基性(例:アルギニン)。

二次構造

二次構造は、アミド基間の相互作用によって引き起こされる小規模な3D構造で構成されます。主要なクラスは、アルファヘリックスとベータシートです。アルファヘリックスは右巻きのコイル状構造です。可変基は外向きで、構造は1つのアミノ酸のN-H基と4番目のアミノ酸のC = O基の間の水素結合によって一緒に保持されます。たとえば、ミオグロビンは、複数のアルファヘリックスを持つタンパク質です。ベータシートは、隣接するアミノ酸のストリングのN-H基とC = O基の相互作用によって形成されるプリーツ構造です。シルクの主成分であるフィブロインは、ほぼ完全にベータシートです(2)。

三次構造

三次構造は、側鎖、アルファヘリックス、およびベータシート間の多数の相互作用によって引き起こされるタンパク質の大規模な3Dコンフォメーションです。計算方法は絶えず改善されていますが(3)、X線結晶学は、依然としてタンパク質の形状を発見するための最も信頼できる方法です(4)。

四次構造

最後に、四次構造は、複合体内のいくつかのタンパク質サブユニットの配置です。四次構造を持つ複合体の例には、抗体とヘモグロビンが含まれます。これらの4つのレベルの構造に加えて、タンパク質は、翻訳後修飾によって機能をさらに変更することができます。詳細については、ブログ記事をご覧ください。


参考文献:

  1. The Size of the Human Proteome: The Width and Depth
  2. Virtual Chembook Elmhurst University – Secondary Structure
  3. Global analysis of protein folding using massively parallel design, synthesis, and testing
  4. Advances in design of protein folds and assemblies
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Posted:
31 August, 2017

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