アミノ酸

アミノ酸は、主に炭素、水素、酸素、窒素で構成される有機化合物です。数百種類のアミノ酸が存在しますが、タンパク質の構成要素として機能するのは20種類です。これら20種類のアミノ酸は、しばしば3文字または1文字の略称で表記されます。

すべてのアミノ酸は、ほとんどのアミノ酸においてキラル中心として機能する、アルファ炭素と呼ばれる炭素原子を持っています。この炭素には、アミノ基、カルボキシル基、水素原子、および可変のR基が結合しています。

キラル分子は、キラル中心として知られる特定の原子の周囲に4つの異なる基が配置されています。グリシンはR基として水素原子を持つため、4つの異なる基を持たず、したがってキラル中心を持ちません。

これら4つの基は、立体異性体であるL体とD体と呼ばれる2つの異なる構成を形成します。これらの異性体は互いに鏡像関係にあり、重ね合わせることはできません。タンパク質合成に用いられるアミノ酸は、常にL体です。

アミノ酸のアミノ基は塩基として機能してプロトンを受け取り、正電荷を持つことができます。一方、カルボキシル基は酸として機能してプロトンを放出し、負電荷を持つことができます。生理的pHにおいて、アミノ酸は通常、正電荷と負電荷の両方を持ちながら全体としては電気的に中性であるツビッターイオンとして存在します。

すべてのアミノ酸は固有のR基を持っており、それがサイズ、溶解度、電荷などの多様な特性を決定しています。アミノ酸は、そのR基に基づいて大きく2つのカテゴリーに分類されます。

アミノ酸は非極性または極性に分類でき、極性アミノ酸はさらに、中性 pH において酸性、塩基性、および電荷を持たないものにグループ分けされます。また、R基は脂肪族または芳香族と表現されることもあります。1つのR基が複数の特性を持つことがあるため、これらのカテゴリーは重複する場合があります。

脂肪族基は、直鎖状、分枝状、または環状の鎖として存在する単結合の炭化水素です。脂肪族R基を持つアミノ酸には、最も単純なアミノ酸であるグリシン、極めて疎水性が高く互いに会合してタンパク質内で安定したコア構造を形成するアラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、硫黄を含むアミノ酸であるメチオニン、および脂肪族環を持つプロリンがあります。

芳香族基は、単結合と二重結合が交互に配置された不飽和環として存在する炭化水素です。芳香族アミノ酸にはフェニルアラニン、チロシン、トリプトファンがあり、これらはすべて分子サイズが大きく、疎水性相互作用に関与することができます。

酸性アミノ酸は、アスパラギン酸とグルタミン酸です。これらは、プロトンを放出して負に帯電するカルボキシル基を持っています。塩基性アミノ酸は、リシン、アルギニン、およびヒスチジンです。これらは、側鎖にプロトンを受け取って正に帯電するアミノ基を持っています。

極性非電荷アミノ酸には、セリン、トレオニン、システイン、アスパラギン、およびグルタミンがあります。これらは親水性であり、さまざまな極性官能基を含んでいます。具体的には、セリンとトレオニンにはヒドロキシル基、システインにはスルヒドリル基、そしてアスパラギンとグルタミンにはアミド基が含まれています。