タンパク質の構造

概要

タンパク質は、生命の基本的な構成要素の一つであり、細胞内でさまざまな機能を担っています。タンパク質は、アミノ酸が集まってできています。アミノ酸の配列はタンパク質の一次構造として知られています。個々のアミノ酸の局所的な相互作用により、直鎖は二次構造に折り畳まれます。離れたアミノ酸の相互作用は、タンパク質をさらに折り畳み、三次構造を形成します。複数の折り畳み鎖（サブユニット）が集合したものは、4次構造と呼ばれます。

アミノ酸配列が一次構造を決めます

アミノ酸が鎖状に結合したものはポリペプチドといいます。アミノ酸は、アミノ基(-NH3)とカルボキシル基(-COOH)により繋がっており、これらはペプチド結合を形成します。炭素原子と窒素原子がつながった鎖がタンパク質の骨格となり、アミノ酸の側鎖が垂直に突き出ます。ポリペプチド鎖のアミノ酸残基配列は、ポリペプチド鎖の一次構造です。

近いアミノ酸残基間の水素結合は二次構造に寄与します

タンパク質の骨格を構成するアミノ基とカルボキシル基は、水素結合を形成できます。近接した複数のアミノ酸残基が水素結合を形成すると、α-ヘリックスやβ-シートなどの局所構造ができます。これらは一般的な局所構造であり、いわゆるタンパク質の二次構造を生み出しています。

離れた側鎖の相互作用が三次構造を決めます

タンパク質の3次構造は、タンパク質の3次元的な配置を表しています。三次構造を安定させるために、ポリペプチド鎖内で離れた位置にあるアミノ酸残基が相互作用するのです。相互作用には、弱い非共有結合（例: イオン結合、疎水性相互作用、水素結合）や、強い共有結合（例: ジスルフィド結合）があります。すべての相互作用が、タンパク質の形状や機能に寄与します。

複数のポリペプチド鎖が1つのタンパク質を形づくります

ここまでは、1本のポリペプチド鎖から成り立つタンパク質について考えてきました。多くのタンパク質は、それぞれが1本のポリペプチド鎖からなるサブユニットで構成されています。複数のタンパク質サブユニットの構成や相互作用は、四次構造として知られます。