セリン OH 基は極性をもつ親水的であるトレオニン OH 基は極性をもつ親水的であるチロシン OH 基は極性をもつ親水的である解離してマイナスの電荷を帯びる 4 側鎖アラニン疎水的であるグリシンの次に単純グリシンもっとも単純な構造のアミノ酸 α 炭素が不斉炭素でないので唯一立体

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みそらこやぎ
5 years ago
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1 生物化学概論 Ⅰ シケプリセントラルドグマ DNA は情報を担っている分子ではありますがそれ自体は何の機能も持ちません情報は RNA に写し取られ rrna やtRNA のように RNA として機能するかあるいは mrna として情報が写し取られリボソームがこの情報をもとにタンパク質を合成してはじめて機能を持った分子が作られます情報の流れは常に DNA RNA タンパク質と流れていきこの流れの経路は逆向きがないことからセントラルドグマと名づけられましたアミノ酸タンパク質を構成するアミノ酸は 20 種類でそれぞれα- 炭素に結合している側鎖が異なりますアミノ酸の化学的な多様性はこの側鎖に由来しますタンパク質の生合成に用いられる 20 種類のアミノ酸のそれぞれについての名称 3 文字略号 1 文字略号構造式および二つ以上の特徴を示せという問題が過去に出題されていますにすばらしいアミノ酸練習問題がありますので使わせていただきましょうさすがですアミノ酸側鎖アミノ酸側鎖アスパラギン酸 Asp D グルタミン酸アルギニンリシンヒスチジンアスパラギングルタミンセリントレオニンチロシン特徴 Glu E Arg R Lys K His H Asn N Gin Q Ser S Thr T Tyr Y 負電荷をもつ負電荷をもつ正電荷をもつ正電荷をもつ正電荷をもつ 1 酸性側鎖 ( 強い酸性にしないと電荷を失わない ) アスパラギン酸親水性があるグルタミン酸疎水的部分 ( CH CH 2 2 塩基性側鎖リシン 2 1 アラニングリシンバリンロイシン Ala A Gly G Val V Leu L イソロイシン Ile I プロリン Pro P フェニルアラニン Phe F メチオニントリプトファンシステイン Met M Trp W Cys C CH ) と親水的部分 (-COO) がある疎水的である強い塩基性にしないと電荷を失わないアルギニン疎水的である =C- NH 2 の部分は正電荷が共鳴で安定化するので強い塩基性を示す強い塩基性にしないと電荷を失わないヒスチジン環状部分の N 原子は H に対する親和性が比較的弱く中性 ph では部分的に正電荷 3 電荷をもたない極性側鎖をもっているだけであるアスパラギン親水性があるアミドの N 原子は中性 ph では電荷をもたないが極性をもつグルタミンアミドの N 原子は中性 ph では電荷をもたないが極性をもつ

セリン OH 基は極性をもつ親水的であるトレオニン OH 基は極性をもつ親水的であるチロシン OH 基は極性をもつ親水的である解離してマイナスの電荷を帯びる 4 側鎖アラニン疎水的であるグリシンの次に単純グリシンもっとも単純な構造のアミノ酸 α 炭素が不斉炭素でないので唯一立体異性体のないアミノ酸であるバリン炭素鎖のために疎水性をもつ分岐鎖アミノ酸

リボソームにおいてmRNA 上の開始コドンAUGに対応してメチオニンから開始されるトリプトファンベンゼン環上で共鳴しているπ 電子の反応が見られる水素結合をつくる ( 環状のNHの部分 ) システインジスルフィド結合はタンパク質の2つのシステイン側鎖間でつくられるメチオニンより強く金属に配位する親水性をもつペプチド結合ペプチド結合は平面 ( 水色 ) を作り

2 セリン OH 基は極性をもつ親水的であるトレオニン OH 基は極性をもつ親水的であるチロシン OH 基は極性をもつ親水的である解離してマイナスの電荷を帯びる 4 側鎖アラニン疎水的であるグリシンの次に単純グリシンもっとも単純な構造のアミノ酸 α 炭素が不斉炭素でないので唯一立体異性体のないアミノ酸であるバリン炭素鎖のために疎水性をもつ分岐鎖アミノ酸 BCAA(Branched Chain Amino Acids) の一つロイシン疎水性をもつかさ高い BCAA の一つイソロイシン疎水性をもつ BCAA の一つプロリン第二級アミンである水素結合を作れないシス体をとることができるフェニルアラニンかさ高いベンゼン環上で共鳴しているπ 電子の反応が見られるメチオニン Sが金属に配位するタンパク質の翻訳は通常リボソームにおいてmRNA 上の開始コドンAUGに対応してメチオニンから開始されるトリプトファンベンゼン環上で共鳴しているπ 電子の反応が見られる水素結合をつくる ( 環状のNHの部分 ) システインジスルフィド結合はタンパク質の2つのシステイン側鎖間でつくられるメチオニンより強く金属に配位する親水性をもつペプチド結合ペプチド結合は平面 ( 水色 ) を作りその周りで回転できませんが C C 結合と N- C 結合は回転できます前者の回転角を ψ 後者の回転角を φといいますタンパク主鎖の原子のコンホメーション ( ポリペプチド鎖の最終的折りたたみ構造 ) はそれぞれのアミノ酸についてψ φ 角から定まります例えば隣のアミノ酸残基のカルボニル酸素とアミド水素が衝突するので φ=60 度 ψ=30 度は不可能といった具合ですアミノ酸内の立体的衝突が原因でψ φ 角の多くは成り立ちません上の右図で示したラマチャンドランダイアグラムではタンパク質 ( ポリ-L-アラニン ) に見られるψ φ 角の組み合わせを示しています通常許される範囲は空色限界範囲は緑色で示されていますこの図からポリペプチドがとりうる構造がマップの 25% に限られることがわかりますプロリンの場合側鎖が環状であるためさらに 2

3 制限されて自由度が最も小さくなります逆にグリシンだけは C 立体的自由度が大きくなりますがないため他のアミノ酸残基より αへリックス αへリックスは1 本のポリペプチド鎖がよじれた円筒構造で各ペプチド結合のN-H 基は同じペプチド鎖にある4つ離れたペプチド結合のC =O 基と水素結合をしています (4つ離れたところで水素結合をするというαへリックスが最も安定な構造ですこれ以上近い間での水素結合ではらせんはきつくなり不安定になるからです ) ポリペプチドの骨格は親水性ですが αへリックスでは内側で水素結合を作って外側にはの側鎖を出していますこれにより周りの水との水素結合を避け主鎖はらせん状を保っています β シート図のように隣接ポリペプチド鎖が同じ方向を向いている ( 平行鎖 (a)) 場合でもポリペプチド鎖が行ったりきたりして鎖の一部が隣と逆方向を向いている ( 逆平行 (b)) 場合でも βシートはできますどちらも隣接ポリペプチド鎖のペプチド結合を結ぶ水素結合に支えられておりきわめて固い構造になりますタンパク構造についてタンパク構造は4つの階層に区別されますアミノ酸配列は一次構造 αヘリックスやβシートを作っている部分は二次構造ポリペプチド鎖が作る三次元のコンホメーションは三次構造タンパク分子が複数のポリペプチド鎖の組み合わせでできている場合の全体構造は四次構造です 3

繊維状タンパク繊維状タンパク分子は長い分子で伸びた二次構造が基本です細長いタンパク質 ( 爪や表皮のケラチンや筋肉のミオシン分子など ) では棒状のより合わせコイル構造がその枠組みとなっていることが多いです αヘリックス2

-b-c-d-e-f-gという7 残基の繰り返し構造を成していて a dはアミノ酸が多くなっていますまたコラーゲン分子は三本ののびたタンパク分子の鎖が互いによじれあった三重らせん構造をしています 3 個のアミノ酸残基で 1 周し 3

ヒドロキシプロリンは左図のような構造をしています OH 基があるため親水性をもち水分子を仲介とする分子内水素結合を作りコラーゲンを安定化します球状タンパク球状タンパクの三次構造は各種の二次構造が組み合わさり

細胞内の水と接触しないようになっていますこのように側鎖が内部に埋め込まれている中心部を疎水性コアと呼びます一方アルギニンやグルタミン酸ヒスチジンリシンアスパラギン酸の極性側鎖は分子の外表面近くに配置されることが多く

4 繊維状タンパク繊維状タンパク分子は長い分子で伸びた二次構造が基本です細長いタンパク質 ( 爪や表皮のケラチンや筋肉のミオシン分子など ) では棒状のより合わせコイル構造がその枠組みとなっていることが多いです αヘリックス2 本が巻きついて作るコイルドコイルが特に安定なのはヘリックスにある ( 疎水性 ) 側鎖が鎖の片側に集まり互いに内向きになって巻きつき合うからです一方親水性側鎖は周囲の水に露出します左の図で示されているように αヘリックスはa -b-c-d-e-f-gという7 残基の繰り返し構造を成していて a dはアミノ酸が多くなっていますまたコラーゲン分子は三本ののびたタンパク分子の鎖が互いによじれあった三重らせん構造をしています 3 個のアミノ酸残基で 1 周し 3 番目ごとにグリシンのある左巻きらせんとなっていますつまり α 鎖は Gly-X-Y という一連のトリペプチドからなります X と Y は任意のアミノ酸ですが通常は X はプロリンで Y はヒドロキシプロリンですヒドロキシプロリンは左図のような構造をしています OH 基があるため親水性をもち水分子を仲介とする分子内水素結合を作りコラーゲンを安定化します球状タンパク球状タンパクの三次構造は各種の二次構造が組み合わさり側鎖が空間的に配置してできますタンパク質の折りたたみを支配する重要な要因はアミノ酸の極性側鎖と側鎖の分布ですバリンロイシンイソロイシンメチオニンフェニルアラニンなどの ( 疎水性 ) 側鎖は分子の内側に集まる傾向があり細胞内の水と接触しないようになっていますこのように側鎖が内部に埋め込まれている中心部を疎水性コアと呼びます一方アルギニンやグルタミン酸ヒスチジンリシンアスパラギン酸の極性側鎖は分子の外表面近くに配置されることが多く水などの極性分子との間に水素結合を作ります極性無電荷アミノ酸であるセリントレオニンアスパラギンなどはふつうタンパク分子表面にありますが内部のことも多くあります極性アミノ酸が内側に埋め込まれた構造ではたいてい別の極性アミノ酸かポリペプチド主鎖と多数の水素結合を形成して三次構造を安定化させています 4

フォールディングこれらの相互作用の結果タンパク質はアミノ酸配列で決まる特有の三次元構造を持ちますポリペプチド鎖の最終的折りたたみ構造は自由エネルギー最低になるのが普通ですこの正確な折りたたみ方のことをフォールディングといいますフォールド状態を保つ非共有結合を壊す溶媒を使って構造をほどき変性させるとタンパク質は本来の形を失い柔軟になります変性用の溶媒を除くと自然に折りたたまれ

5 フォールディングこれらの相互作用の結果タンパク質はアミノ酸配列で決まる特有の三次元構造を持ちますポリペプチド鎖の最終的折りたたみ構造は自由エネルギー最低になるのが普通ですこの正確な折りたたみ方のことをフォールディングといいますフォールド状態を保つ非共有結合を壊す溶媒を使って構造をほどき変性させるとタンパク質は本来の形を失い柔軟になります変性用の溶媒を除くと自然に折りたたまれ元の構造に戻りますよってタンパク質の三次元構造を決める情報はすべてアミノ酸配列の中に含まれているということですシャペロンタンパク質はおのずと安定な構造をとりますが細胞内ではシャペロンとよばれるタンパク質の助けがありますこれは部分的に折りたたまれたポリペプチドに結合しエネルギー的に起こりやすい過程でフォールディングを進めますこうすることでアブリゲーション ( ミスフォールディングのことで折りたたむ際にαヘリックスやβシートがからまり親水的疎水的な部分がむちゃくちゃになってしまうこと ) を防ぎます細胞質のようにさまざまなタンパク質が存在する環境ではシャペロンが不可欠で合成されたポリペプチド鎖同士がその疎水性領域で結合しタンパク集合体を作ってしまうこともシャペロン自身にアブリゲーションしてしまったものをくっつけることで防いでいます ( シャペロンは左図のような七量体 2の構造をしています一応シャペロンの機能を書いておくと最初にシャペロンの樽型構造の縁が作る疎水性相互作用によって誤って折りたたまれたタンパク質を内部に捕らえ次に ATP とタンパク質でできたふたが結合すると樽の直径が広がり中に入ったタンパク質を引き伸ばしますこうして中にタンパク質を閉じ込め新たに折りたたみ直す場を提供するのです ATP の加水分解によってタンパク質を放出しうまく折りたためたかどうかに関わらずこのサイクルが繰り返されますこの種のシャペロンはシャペロニンとも呼ばれます ) ドメインタンパク質は通常アミノ酸 50 個から 2000 個くらいの大きさで形は多種多様です大きなタンパク質は数個の互いにほぼ独立して折りたたまれるタンパクドメインという構造単位からなりますドメインは通常アミノ酸 40 個から 350 個くらいで大型タンパクを構築する規格単位となっていますドメイン1 個しかない小型のタンパク分子もあれば大型で何十というドメインが含まれるものもありドメインの間の構造は短いポリペプチド鎖でつながれていますドメインを構築する際にも疎水的な部分が長時間むき出しになっていると結合してしまうのでシャペロンが手助けしています四次構造タンパク質の表面にある非共有結合を介して他の分子と結合する領域を結合部位といいます結合部位が他のタンパク質の表面を識別し折りたたまれた形のポリペプチド鎖同士がしっかりと結合して大型タンパク質を作ることがあります最も単純なのは同じポリペプチド鎖が2 個同じ結合部位で連結した二量体です有名なものとしては赤血球中のタンパク質であるヘモグロビンがあります 5

細胞膜の構造細胞膜は図のように脂質二重層となっています細胞膜の脂質はすべて両親媒性で親水性 ( 極性 ) 末端と疎水性 ( ) 末端を持っており二重層の両面で親水性の頭部が水に接し疎水性の尾部は内部にあって水に接触しないようになっています細胞膜の最も重要な働きは外界との境界として内部物質の流出を防ぐことです膜タンパク質上図からもわかるように

6 細胞膜の構造細胞膜は図のように脂質二重層となっています細胞膜の脂質はすべて両親媒性で親水性 ( 極性 ) 末端と疎水性 ( ) 末端を持っており二重層の両面で親水性の頭部が水に接し疎水性の尾部は内部にあって水に接触しないようになっています細胞膜の最も重要な働きは外界との境界として内部物質の流出を防ぐことです膜タンパク質上図からもわかるように膜に存在するタンパク質の多くは脂質二重層を貫通していますこのような膜貫通タンパクは二重層を構成する脂質と同じく両親媒性であって疎水性領域と親水性領域があります膜を通過する部分が疎水性で脂質分子の二重層内部にある疎水性尾部と相互作用しておりこの部分は水にふれることがありません親水性領域は膜の片側あるいは両側に突き出して水と接しています αヘリックス1 本が二重層を横断しているもの (1 回貫通型タンパク ) のほかに一連の αヘリックスや βシートが二重層を何回も横断しており ( 複数回膜貫通タンパク ) 膜を横断してイオンや小型の水溶性分子の輸送に関わるものもありますこれをチャネルタンパクと呼びます 6

スライド 1

スライド 1 タンパク質 ( 生化学 1) 平成 29 年 4 月 20 日病態生化学分野分子酵素化学分野教授山縣和也生化学 1のスケジュール 4 月 20 日講義開始 6 月 1 日中間試験 9 月 25 日生化学 1 試験講義日程内容は一部変更があります講義資料 ( 山縣吉澤分 ): 熊本大学病態生化学で検索 ID: Biochem2 パスワード :76TgFD3Xc 生化学 1 の合否判定は