タンパク質及びタンパク質の構造

タンパク質は、ペプチド結合によって結合したアミノ酸のポリマーです。ほとんどのタンパク質は、その機能を果たすために特定の三次元構造へと折りたたまれます。

タンパク質構造は、一次、二次、三次、四次の4つのカテゴリーに分類されます。

タンパク質におけるアミノ酸の線形配列が一次構造です。これらの配列は、ポリマー合成の順序に従い、遊離アミノ末端であるN末端から、遊離カルボキシ末端であるC末端に向かって読み取られます。

二次構造は、あるアミノ酸のカルボニル基の酸素と、別のアミノ酸のアミド基の水素との間の水素結合によって形成されます。一般的な二次構造には、αヘリックスやβシートが含まれます。 

α-ヘリックスでは、単一のポリペプチド鎖内で水素結合が形成され、らせん構造となります。β-シートでは、隣接するストランド間で水素結合が形成され、シート状の配列が構築されます。

これらおよびβ-ターンなどのその他の接続構造がさらに相互作用することで、三次構造として知られるタンパク質の三次元構造が形成されます。

三次構造の形成は、アミノ酸のR基間の相互作用によって起こります。

反対の電荷を持つR基はイオン結合を形成することができ、2つのシステイン中の硫黄は共有結合であるジスルフィド結合を形成できます。その他の寄与要因として、非極性側鎖間の疎水性相互作用や、極性側鎖間の水素結合が挙げられます。

さらに、一部のタンパク質は、2つ以上のポリペプチド鎖の集合体である四次構造を形成します。例えば、ヘモグロビンは、2つのαサブユニットと2つのβサブユニットからなる4つのサブユニットで構成されるタンパク質です。

科学者は多くの場合、タンパク質の構造を用いて、その機能や細胞内での局在を予測します。例えば、細胞質にあるタンパク質は、表面に周囲の水と相互作用する親水性アミノ酸を持ち、一方で疎水性アミノ酸は通常、タンパク質のコア（内部）に埋もれています。

対照的に、ポアを形成するタンパク質は、膜脂質と相互作用する疎水性アミノ酸が表面に配置されており、親水性のコアを持っています。