【高校生物】タンパク質の構造【アミノ酸から立体構造まで解説】

タンパク質

 

悩んでいる人
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タンパク質の構造ってどんなの?アミノ酸や、1次構造、2次構造などよくわからないから、そのあたりを詳しく教えてほしいな。

 

 

こんな疑問を解決します。

 

本記事の内容

  • タンパク質はアミノ酸からできている
  • タンパク質には立体構造をとる過程【一次~四次構造について】
本記事を書いた僕は、受験時代に生物を勉強し、偏差値55ほどの公立大学(生命科学科)に現役合格しました。現在は、生命科学を専攻とした大学院(博士課程)に在学し、タンパク質について日々研究しています。
そんな僕が今回は、「タンパク質の構造」について高校生物で押さえておきたいポイントをわかりやすく解説していきます。

タンパク質はアミノ酸からできている

 

まずは、タンパク質の構成要素から押さえておきましょう。

 

タンパク質はアミノ酸からできています。コラーゲンや爪、髪の毛なども全てタンパク質ですが、この世の中にある全てのタンパク質はアミノ酸からできています。

 

アミノ酸の種類は20種類

 

アミノ酸の種類は20種類あります。全てのアミノ酸を覚える必要はありませんが、大学に入ったら覚えることになります。笑

 

アミノ酸は、翻訳やコドンのところでもでてきますね。

 

化学でも「等電点」のところで出たりするので、有名なものは覚えておいても良いでしょう。(必須ではありません。)

 

アミノ酸の構造

 

20種類のアミノ酸がありますが、アミノ酸はある程度構造が同じです。

 

以下の図はアミノ酸の共通の構造ですが、ひとまず見てください。

 

 

上記の図のように、アミノ酸は必ず「アミノ基(-NH2)」と「カルボキシ基(-COOH)」があります。

 

そして、「R(側鎖)」と書いてある部分に色々な構造がくることによって、アミノ酸が分類されます。

 

Keito
Keito

例えば、「R(側鎖)」に「-H」のときはグリシン、「-CH3」のときはアラニンみたいな感じですね。

 

アミノ酸同士はペプチド結合によって結合する

 

アミノ酸同士は、アミノ酸の「アミノ基(-NH2)」と「カルボキシ基(-COOH)」で結合します。

 

 

このアミノ酸同士の結合をペプチド結合(-CONH-)と呼びます。

 

つまり、タンパク質は「アミノ酸同士がたくさんペプチド結合してできた物質である」ということができますね。

 

タンパク質には立体構造をとる過程【一次~四次構造について】

 

さきほど解説したように、アミノ酸同士はペプチド結合でつながっていきます。

 

ペプチド結合して繋がっていくと、立体構造をつくりタンパク質が出来上がっていくのですが、生物ではタンパク質が出来上がる過程の状態に名前が付けられています。

 

それが以下のとおりです。

 

  • ①:一次構造
  • ②:二次構造
  • ③:三次構造
  • ④:四次構造

 

それぞれ詳しくみていきましょう。

①:一次構造

 

一次構造とは、「アミノ酸同士が結合してひも状の構造」のことを指しています。

 

「一次構造はアミノ酸配列である」ということもでき、特定の構造をとっておらず、ただアミノ酸が一列につながっている状態のことをいいます。

 

アミノ酸同士がポリペプチド結合をしてたくさん繋がっていることから、「ポチペプチド」ということもできます。

 

②:二次構造

 

二次構造とは、「一次構造が折れ曲がった構造」のことをいいます。

 

なぜ、一次構造が折れ曲がるのかというと、「つながったアミノ酸同士で水素結合ができるから」です。

具体的には、それぞれのアミノ酸にある「C=O」と「N-H」同士が水素結合をするのですが、この二次構造というのは、2種類と決まっていて、それが以下のとおりです。

 

二次構造

  • αヘリックス:らせん状の構造
  • βシート:シート(ジグザグ)状の構造

 

二次構造は上記の2種類だけなので、しっかり覚えておきましょう。

 

③:三次構造

 

三次構造とは、「タンパク質の全体の構造」のことをいいます。

 

二次構造のαへリックスやβシートは部分的な構造ですが、三次構造はαヘリックスやβシートを含む全体的な構造です。

 

二次構造は水素結合のみで作られますが、三次構造を形成する結合は水素結合だけでなく、S-S結合(ジスルフィド結合)、イオン結合などがあります。

 

④:四次構造

 

四次構造は、「複数のタンパク質が組み合わさってできたタンパク質」のことをいいます。また、四次構造は、三次構造同士が集まってできた立体構造のこととも言い換えることができます。

 

四次構造をとるタンパク質の例として、ヘモグロビンが挙げられます(下図)。

 

ヘモグロビンは「α鎖」と「β鎖」と呼ばれるタンパク質がそれぞれ二つずつ集まってできたタンパク質です。

 

この場合、「α鎖」と「β鎖」のそれぞれ一つずつは、「三次構造である」ということができますね。

 

Keito
Keito

α鎖とβ鎖は特に覚える必要はありません。

 

まとめ

 

僕が今回は、「タンパク質の構造」について高校生物で押さえておきたいポイントを解説していきました。

以下に、高校生物における「タンパク質の構造」で押さえておきたいポイントをまとめておきます。

  • アミノ酸の構造
  • ペプチド結合の様式
  • 一次~四次構造の特徴

 

上記の部分を押さえておけば、タンパク質の構造に関してはOKです。

 

というわけで今回は以上となります。生物の勉強頑張って下さいね、応援しています!

 

 

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