タンパク質構造

タンパク質は、アミノ酸配列から多量体複合体に至るまで階層的に組織化されており、この構造が各タンパク質に特定の機能を与えています。

Definition

タンパク質構造とは、ポリペプチドの原子の空間配置であり、一次配列、アルファヘリックスやベータシートなどの二次構造要素、単一鎖の三次三次元折りたたみ、およびサブユニットの四次会合の4つのレベルで記述されます。

Scope

このトピックでは、タンパク質構造の4つの従来のレベル（一次構造（配列）、二次構造（局所的な水素結合パターン）、三次構造（単一鎖の完全な折りたたみ）、および四次構造（複数の鎖の集合））と、各レベルを定義する結合および相互作用、ならびに構造決定に用いられる実験的手法について扱います。

Core questions

• アルファヘリックスとベータシートを安定化させる要因は何ですか？
• 一次配列はどのようにして三次構造を決定するのに十分なのでしょうか？
• 繊維状タンパク質と球状タンパク質の違いは何ですか？
• タンパク質構造はどのように実験的に決定されるのですか？

Key theories

水素結合による二次構造

ポーリングとコリーは、ペプチド結合の平面性と主鎖の水素結合の幾何学的配置から、アルファヘリックスとベータシートが観察される前にそれらを予測し、規則的な二次構造の物理的基礎を確立しました。

Mechanisms

ペプチド結合は平面状で部分的に二重結合性を持つため、主鎖の回転はラマチャンドランプロットで示されるphiおよびpsi二面角に制限されます。二次構造は、主鎖のアミド基とカルボニル基が規則的なパターンで水素結合を形成する際に生じます。三次構造は、非極性側鎖を内部に埋め込む疎水性効果に加えて、水素結合、塩橋、ファンデルワールス接触、および時折形成されるジスルフィド結合によって安定化されます。

Clinical relevance

X線結晶構造解析、NMR、クライオ電子顕微鏡による構造決定は、化学および材料科学における構造ベース設計の基礎となっています。計算による構造予測は、配列と折りたたみの関係を明らかにする主要なツールとなっています。この記述は記述的なものであり、処方的なものではありません。

History

アルファヘリックスとベータシートは1951年にポーリングとコリーによって提唱されました。ケンドリューによる1958年のミオグロビン構造は、原子分解能での最初のタンパク質モデルであり、その後すぐにペルーツのヘモグロビンが続き、予測された二次構造が確認され、構造生物学が始まりました。

Key figures

• Linus Pauling
• Robert Corey
• John Kendrew
• Max Perutz
• G. N. Ramachandran

Seminal works

• pauling1951
• kendrew1958
• nelson2021

Frequently asked questions

アルファヘリックスとベータシートの違いは何ですか？

アルファヘリックスは、同じ主鎖セグメント内で水素結合によってらせん状に巻かれた一本鎖であるのに対し、ベータシートは、伸長した鎖が横に並んで配置され、鎖間で水素結合しています。

ペプチド結合が平面状であるのはなぜですか？

共鳴により、C-Nペプチド結合は部分的な二重結合性を持ち、その周りの回転が妨げられ、ペプチド単位の6つの原子が平面内に保持されます。