バイオインフォマティクスの資格を取るためにメモしまくる件について 生命化学編(タンパク質の役割と一次〜四次構造)

タンパク質
一次構造
二次構造
三次構造
四次構造

タンパク質
・タンパク質は遺伝子の塩基配列をアミノ酸配列に翻訳することで生成。
・生体内での化学反応(代謝)や、遺伝子の制御、細胞構造の構築など。
・酵素とは、DNA 複製や転写を含めた化学反応を触媒するタンパク質。
・遺伝子発現を制御する転写因子、細胞膜を通じてイオンなどを輸送するチャネル、物質を輸送するトランスポーター、生体を防御する免疫に関与する抗体、細胞外からのシグナルを伝える受容体(レセプター)、クロマチンにおけるヒストンや、細胞接着などの構造形成に関与する分子 etc
・アミノ酸配列により多様な固有の立体構造をとり、多彩な機能を発揮。


一次構造(アミノ酸配列)
・α-アミノ酸どうしがペプチド結合によってつながった直鎖状のポリペプチド鎖を指す。
・ポリペプチド鎖の両端のうち、遊離アミノ基をアミノ末端あるいは N 末端(5末)、遊離カルボキシ基をカルボキシ末機端あるいはC末端(3末)という。
・ペプチド結合とα炭素(Cₐ)の骨格[…Cₐ-C(=O)-NH-Cₐ..] を主鎖。
・主鎖から分かれたアミノ酸ごとに異なる部分を側鎖(-Rと表わす)。
・ポリペプチド鎖中の個々のアミノ酸をアミノ酸残基。


二次構造
・タンパク質主鎖のアミノ酸残基のアミノ基(N-H) とカルボニル基(C-O)のあいだに結ばれる水素結合(N-H…O-C)により形成される局所的な規則的構造のこと。
・αヘリックスは、ポリペプチド鎖が右巻きらせん構造を形成。
一次構造上のi番目のアミノ酸残基のカルボニル基の酸素原子と、i+4番目のアミノ基の水素原子とのあいだで水素結合を形成し、アミノ酸残基 3.6個がらせん1巻きにあたり、その長さは5.4A(1 Ä = 10-10m)である。
側鎖はらせんの外側に向かって配置される。
・βシートは、ポリペプチドが伸びた構造をしており、隣り合ったペプチド鎖間でカルボニル基の酸素原子とアミノ基の水素原子とのあいだで水素結合を形成し、シート(板)状の構造をとる。
隣接するペプチド鎖(βストランドとよぶ)の進行方向が同じ場合を平行βシート、逆の場合を逆平行βシートという。
側鎖はシートに垂直にし、交互にシートの裏表に向かって配置される。
・βターンは、ポリペプチド鎖の向きが反転する領域に存在し、i番目とi+3番目のアミノ酸残基のカルボニル基の酸素原子とアミノ基の水素原子とのあいだで水素結合がつくられる。
ポリペプチド鎖で特定の二次構造をとらない領域を、ループもしくはランダムコイルといい、二次構造をつなぐ領域や末端付近に存在する。
・特定の二次構造をとらない領域を、ループもしくはランダムコイルといい、二次構造をつなぐ領域や末端付近に位置する。


三次構造
・タンパク質分子は空間的に特定に折りたたまった状態。
・タンパク質が折りたたまる過程をフォールディング。
・フォールディングの過程で、分子内で水素結合、疎水性相互作用、静電相互作用などの非共有結合や、システイン残基側鎖間のジスルフィド結合を含む共有結合などの残書間相互作用が形成され、タンパク質は安定した三次構造を成す。


四次構造
・生体内では複数のタンパク質が複合体として会合して機能する場合が多い。＝四次構造
・複合体を構成する個々のタンパク質をサブユニットもしくは鎖(チェイン)という。
・複合体を形成しないタンパク質は単量体、n個のタンパク質でできた複合体はn量体(2量体、3量体、4量体など)、サブユニットの個数を特定しない場合は多量体と呼ばれる。
・同じタンパク質で形成された複合体をホモ多量体、異なるサブユニットが混在する場合はヘテロ多量体。
ex.ヘモグロビン
・血液中で酸素を運搬する
・α鎖2分子とβ鎖2分子のヘテロ4量体
・酸素分圧の高い肺：ヘモグロビン分子内に結合しているヘム基の鉄原子に酸素分子が結合⇄ 酸素分圧の低い末梢組織：ヘモグロビンの四次構造が変化することで、速やかに酸素を放出