蛋白質の立体構造

質問

蛋白質が自動的に立体構造を持つとき、どのようにして持つのか、原理というかメカニズムを教えてください。よろしくお願いします。

回答No.2

nana-4649 · ベストアンサー

まず、一次構造…。これはアミノ酸のペプチド結合のみからなる構造のことです。それから、タンパク質中のアミノ酸の中の分子が水素結合することにより、部分的にシート状、らせん状、もしくはそのいずれでもない構造（ランダムコイル）の三種類の構造をとります。ここまでは、空間構造ではないようです。それからさらに、水素結合やS-S結合、静電引力疎水結合などにより、二次構造が折りたたまれて形成される空間構造、三次構造をとります。蛋白質は三次構造になってはじめて活性が発現されるそうです。
　最後に、複数の三次構造体が非共有結合で会合し、特定の空間的配置をとる構造を四次構造といいます。受容体やホルモンなどの多くがこの形で、このとき、それぞれの三次構造体をサブユニットといいます。

…なんて、偉そうに説明してみましたが、ほとんど、「わかりやすい生化学」という本の受け売りです。ですから、ここに書いた内容に間違いはありませんが、ここに書いた以上のことは多分質問されてもわからないことのほうが多いと思います。例えば「静電引力疎水結合ってなに？」と聞かれても答えられません・・・。(苦笑)

　それでも役に立てばと思い載せてみました。わかる範囲内でなら質問にもお答えします。求めておられる回答はこんな感じでよかったでしょうか。
　実はそこが一番心配です。見当違いでも怒らないでください…。。。。

　また、今回私が参考にした文献にはここに書いたのよりもう少し詳しい情報ものっていました。私には理解不能で、読む気もしないのですが、全体的にわかりやすいテキストではあるので、もしかしたら他の本を読むよりはわかりやすいのかも知れません。興味があったらぜひ読んでみてください。

お礼

とても詳しい説明ありがとうございます。参考になるHPのURLとかご存知でしたら教えていただけませんか？

回答No.6

takakokoreo

原理やメカニズムは他の回答者さんが言うようになかなか難しいのですが，ひとつ興味深い例を・・・．

リボヌクレアーゼというタンパク質を，還元剤と尿素を使って壊しました．還元剤はＳ-Ｓ結合を，尿素は疎水結合を切断します．
この変性タンパク質から，まず尿素を除去し次に還元剤を除去するとリボヌクレアーゼは元の立体構造に戻ります．
しかし，まず還元剤を除去し次に尿素を除去すると元の構造には戻りません．
つまり，疎水結合を形成した後にＳ－Ｓ結合を形成しないといけないのです．

もしもkazu110さんが高校生以下なら，
ポリペプチドが親水的な環境におかれることにより疎水結合が形成され，その後Ｓ－Ｓ結合などが形成され立体構造を形成する．
ってな感じでいいんじゃないでしょうか・・・．
大学生以上なら，上に書いたことを頭の片隅に置いた上で，さらに細胞の分子生物学などで勉強されることをお勧めします．（すぐに回答が欲しいんですね，役に立てなくてごめんなさい・・・．）

お礼

いえいえ、どうもありがとうございました。自分は大学生です。

回答No.5

fujishiro

実はこの辺りの問題は簡単でいて、とても難しいのです。
先の回答者さんも述べられているとおり、タンパクの立体構造が「もっともエネルギー的に有利な」（すなわち安定的な）形を保持することはわかっています。そしてそのために必要な力もかなりわかっています。これだけわかっているならアミノ酸配列がすべてわかっていたらタンパクの立体構造は計算で全部出そうなもんなんですが…実は未だに超難しいのです。
ぶっちゃけ、とてもすべてはわかっていないんですね。

だいたい、安定な形をとるなんて一言で言っても、そもそも安定な形ってなんやねんという話なんですよ。例えば有名なプリオン病にしたって、異常プリオンと正常プリオンではアミノ酸配列は同じなのに、立体構造が違うんです。数年前の教科書ならアミノ酸の一次構造が同じなら立体構造も同じになるというのが常識にもかかわらず、です。

ここでこのプリオン研究者（ノーベル賞受賞したはず）が考え出したのが、タンパク質には「型」がある、というものなんですね。
タイヤキをつくる過程を思い出してみてください。アミノ酸のペプチドというのは、半分、液体なものである程度の自由な形をとることが出来ます。そして型に嵌められ、ガチっとかたまるんですね。その時の力は先の回答者さんが言ってるとおりのものです。そして、出来あがるものは安定的なものが「優先」されるのも事実です。
プリオン病は正常なタイヤキとして出来あがりそうなプリオンを、違う型によって大判焼きに変えるという現象なのです（笑。

ちなみにこのタンパク質の「型」という考え方は分子シャペロンと呼ばれる考え方で、いわゆるポストゲノムのホットスポットのひとつです。この「型」の役割をするものは全タンパクの1％にもなる（遺伝子の数は3万8千あるので比率としてはかなり大きい）という報告もあります。細胞というものはタンパクの立体構造にすさまじいエネルギーを費やしているわけなんですね。

最後に。これらの話は数年前の教科書にはまったく触れられておらず、高校生レベルのレポートやテストでこの回答を書いても教師がわからないので点はもらえないんじゃないかなーと思います。

お礼

とても詳しく、わかりやすい例も入れて下さり、ありがとうございました。

回答No.4

ruehas

こんにちは。
＃２さんの説明、ほんとに分りやすいですね。参考になりました。

以前これに就いて面白い記事を読んだのですが、タンパク質を構成するアミノ酸は、それぞれ「親水性」と「疎水性（親油性）」を持っているのだそうです。
このため、親水性のアミノ酸は水に対して外側を向き、疎水性のものは内側に折れ曲がります。他にも要素はあるのだそうですが、このようにしてアミノ酸の結合は複雑に折れ曲がります。ですから、アミノ酸の一次配列の親水性と疎水性が分れば、どのように折れ曲がるかによって、タンパク質の性質を予測することができるようになるかも知れないのだそうです。
＃３さんの仰る、必然的にエネルギーの低い構造を取るというのが頷けますね。

お礼

なるほど、他の方たちとも関連付けてくださり、ありがとうございます。

回答No.3

mmmma

最も自由エネルギーの低い構造をとります。

簡単に言うと、静電気的にプラス同士が近くにあるよりはプラスとマイナスが近くにあるほうが安定（エネルギーが低い）。水と油が混じるより、分離しているほうが安定ということです。これがドライビングフォースとなって構造が決定されます。

しかしこれは微妙なバランスの上に成り立っていて、外界の状態（温度、ｐH、塩濃度etc）の影響を大きく受けます。

お礼

短くてもわかりやすいです。ありがとうございます。

回答No.1

noname#21649

２０－３０年前のネイチャーにどこかの数学者が分子構造からの計算を報告しています。
私はないようを見てもさっぱりわかりませんでしたが．シート・ヘリックスの生成を理論的に報告したのは．この報告でしょう。

お礼

ありがとうございます。調べてみます。