19.1: Polypeptides and Proteins

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Learning Objectives

  1. Define or describe the following:
    1. amino acid
    2. “R” group
    3. peptide bond
    4. peptide
    5. polypeptide
    6. primary protein structure
    7. secondary protein structure
    8. tertiary protein structure
    9. quaternary protein structure
    10. gene
  2. Describe how the primary structure of a protein or polypeptide ultimately detemines its final three-dimensional shape.
  3. Describe how the order of nucleotide bases in DNA ultimately determines the final three-dimensional shape of a protein or polypeptide.

Amino acids are the building blocks for proteins. All amino acids contain an amino or NH2 group and a carboxyl (acid) or COOH group. There are 20 different amino acids commonly found in proteins and often 300 or more amino acids per protein molecule. 各アミノ酸は、その “R “基が異なっている。 アミノ酸のR基とは、分子の残りの部分、つまり、アミノ基、酸基、中心炭素以外の部分のことである。 アミノ酸のR基はそれぞれ異なり、アミノ酸の化学的性質はR基の種類によって異なります(図)。

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Figure \(\PageIndex{1} …): アミノ酸。

ポリペプチドやタンパク質を形成するために、アミノ酸はペプチド結合で結合します。この結合は、図㊦や図Ⓒのようにあるアミノ酸のアミノ基やNH2が、別のアミノ酸のカルボキシル（酸）またはCOOH基に結合します。

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Figure \(\PageIndex{2} paragraph): ペプチド結合。

ペプチドは2つ以上のアミノ酸がペプチド結合したもので、ポリペプチドは多数のアミノ酸がつながったものである。 タンパク質は1つ以上のポリペプチドを含んでいます。

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Figure \(\PageIndex{3}).Figure (|figure_div).Figure (|figure_div).Figure (|fig_div).Figure (|fig_div): ペプチド結合の形成。

実際にタンパク質に含まれるアミノ酸の順番は一次構造と呼ばれ（図(㊦)）、DNAによって決定されます。 この単元で後述しますが、DNAは遺伝子という機能単位に分かれています。 遺伝子は、メッセンジャーRNA、トランスファーRNA、またはリボソームRNAの特定の分子という機能的産物をコードする、DNAの一本鎖に沿ったデオキシリボヌクレオチド塩基の配列である。 この産物は通常、メッセンジャーRNA（mRNA）であり、mRNAは最終的にポリペプチドまたはタンパク質の合成をもたらす。 したがって、一般に、遺伝子内のデオキシリボヌクレオチド塩基の順序が、特定のタンパク質のアミノ酸配列を決定すると言われている。

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Figure \(\PageIndex{4}).Fig: タンパク質やポリペプチドの一次構造。 タンパク質やポリペプチドの一次構造とは、実際のアミノ酸の配列のことである。

タンパク質の二次構造は、あるアミノ酸の酸素原子と別のアミノ酸の窒素原子の間にできる水素結合によるものである。

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Figure \(\PageIndex{5}).Figure ㊤㊤のような2次元的な構造を持つタンパク質やポリペプチドがある。 タンパク質やポリペプチドの2次構造。 (左）タンパク質やポリペプチドの二次構造は、あるアミノ酸の酸素原子と別のアミノ酸の窒素原子の間に水素結合が形成されたものである。 二次構造には、アルファヘリックスとベータシートの2種類がある。 アルファヘリックスでは、水素結合によってポリペプチドがらせん状にねじれる。 一方、βシートは、水素結合により、ポリペプチドがプリーツ状に折れ曲がる。 (右）タンパク質やポリペプチドの二次構造は、あるアミノ酸の酸素原子と別のアミノ酸の窒素原子の間に形成される水素結合によるものである。 二次構造には、アルファヘリックスとベータシートの2種類がある。 アルファヘリックスでは、水素結合によってポリペプチドがらせん状にねじれる。

酵素などの球状タンパク質では、アミノ酸の長鎖が三次元の機能形状、すなわち三次構造に折り畳まれます。 これは、スルフヒドリル基やSH基を持つある種のアミノ酸が、同じ鎖の中の他のアミノ酸とジスルフィド（S-S）結合を形成するためである。 その他、水素結合、イオン結合、共有結合、疎水性相互作用など、アミノ酸のR基同士の相互作用も3次構造に寄与している（図(㊦)）。

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Figure \(\PageIndex{6}).Fig: タンパク質やポリペプチドの3次構造。 酵素のような球状タンパク質では、アミノ酸の長い鎖が折りたたまれた立体的な機能形状、すなわち三次構造になっている。 これは、スルフヒドリル基やSH基を持つ特定のアミノ酸が、同じ鎖の中の他のアミノ酸とジスルフィド（S-S）結合を形成するためである。

このユニットで後述するように、タンパク質合成時には、遺伝子に沿ったヌクレオチド塩基の順序がmRNAの相補鎖に転写され、それがtRNAによってそのポリペプチドまたはタンパク質の正しいアミノ酸順序に翻訳されるのである。 したがって、DNAに沿ったデオキシリボヌクレオチド塩基の順序は、タンパク質中のアミノ酸の順序を決定する。 ある種のアミノ酸は他のアミノ酸と相互作用することができるため、各タンパク質のアミノ酸の順番が最終的な立体形状を決定し、それがそのタンパク質の機能（例：,

altFigure \(\PageIndex{7}).Figure (|fig/caption).Figure (|fig/caption).Figure (|fig/caption).Figure (|fig/caption).Figure (|fig/caption).Figure (|fig/caption).Figure (|fig/caption).Figure (|fig/caption).Feeling(1): タンパク質の4次構造。 タンパク質の4次構造は、抗体分子のように複数のポリペプチドが結合したものである。 免疫グロブリン（抗体）の基本単位であるFab Fc重鎖（VH、CH1、ヒンジ、CH2、CH3領域からなる：N末側から）軽鎖（VL、CL領域からなる：N末側から）抗原結合部位ヒンジ領域（＊）-S-S-はジスルフィド結合を意味する。 (CC-SA-BY 3.0; Y_tambe).

概要

  1. アミノ酸はタンパク質の構成単位である。
  2. すべてのアミノ酸は、アミノ基または NH2 基とカルボキシル (酸) 基または COOH 基を含んでいます。
  3. ポリペプチドおよびタンパク質を形成するために、アミノ酸はペプチド結合によって一緒に結合され、1つのアミノ酸のアミノまたはNH2が別のアミノ酸のカルボキシル（酸）またはCOOH基と結合する。
  4. ペプチドはペプチド結合によって一緒に結合した2以上のアミノ酸であり、ポリペプチドは多数のアミノ酸の鎖であり、タンパク質は1以上のポリペプチドの含有である。
  5. タンパク質のアミノ酸の実際の順序は、その一次構造と呼ばれ、DNA によって決定されます。
  6. 遺伝子内のデオキシリボヌクレオチド塩基の順序は、特定のタンパク質のアミノ酸配列を決定します。 ある種のアミノ酸は同じタンパク質中の他のアミノ酸と相互作用することができるので、この一次構造が最終的な形状、したがってタンパク質の化学的および物理的特性を決定する。
  7. タンパク質の二次構造は、あるアミノ酸の酸素原子と別のアミノ酸の窒素原子の間に形成される水素結合によるもので、タンパク質またはポリペプチドにα-ヘリックスまたはβ-プリーツシートの二次元形態を与える。
  8. 酵素などの球状タンパク質では、長いアミノ酸鎖が三次元の機能形状または三次構造に折り畳まれている状態になる。 これは、スルフヒドリル基やSH基を持つある種のアミノ酸が、同じ鎖の中の他のアミノ酸とジスルフィド（S-S）結合を形成するためである。 その他、水素結合、イオン結合、共有結合、疎水性相互作用など、アミノ酸のR基間の相互作用も3次構造に寄与している。
  9. In some proteins, such as antibody molecules, several polypeptides may bond together to form a quaternary structure.

Contributors and Attributions

  • Dr. Gary Kaiser (COMMUNITY COLLEGE OF BALTIMORE COUNTY, CATONSVILLE CAMPUS)