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特論B 細胞の生物学 第３回 タンパク質の形と働き 和田 勝 東京医科歯科大学教養部 塩基の配列→アミノ酸の配列 読み初めのMetを指定するコドン （AUG）から、終止コドン（UAA, UAG, UGA）まで、順番にアミノ酸 をつないでいく。 塩基の配列がアミノ酸の配列に 翻訳される。 ここでもう少し詳しく、、 次のサイトが参考になる。 http://www.callutheran.edu/Academic_Programs/Depart ments/BioDev/omm/ribosome/ribosome.htm http://pubs.acs.org/cen/coverstory/85/8508cover.html ペプチド結合がリボソームで、、 H R1 O H R2 O + H-N+-C-C H-N+-C-C H H O H H O H2O H R1 O R2 O H-N+-C- C-N- C-C H H H O ペプチド結合 アミノ酸 R NH2-C-COOH H H R O H-N+-C-C H H O アミノ酸の構造式 アミノ酸の構造式 （中性水溶液中） Rを側鎖という。生体には20種類のア ミノ酸があり、側鎖部分が異なる。 アミノ酸の種類 アスパラギン酸 Asp D 負電荷 アラニン Ala A 非極性 グルタミン酸 Glu Arg Lys His Asn Gln Ser Thr Tyr E R K H N Q S T Y 負電荷 グリシン 非極性 正電荷 バリン 正電荷 ロイシン 正電荷 イソロイシン 極性 プロリン 極性 フェニルアラニン 極性 メチオニン 極性 トリプトファン 極性 システイン Gly Val Leu Ile Pro Phe Met Trp Cys 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 G V L I P F M W C 非極性 非極性 非極性 非極性 非極性 非極性 非極性 非極性 ポリペプチド アミノ末端（N末端） カルボキシル末端 （C末端） タンパク質の一次構造 アミノ酸の配列が決まると、タンパク 質の性質はおのずと決まる。 アミノ酸の配列のことを、タンパク質の 一次構造（primary structure）という。 アミノ末端側を左にして順番に書き、 番号を付ける。 タンパク質の一次構造 たとえば卵白リゾチームの一次構造 は次のとおりである。 1 16 31 46 61 76 91 106 121 1 Lys Gly Ala Asn Arg Cys Ser Asn Gln 2 Val Leu Ala Thr Trp Asn Val Ala Ala 3 Phe Asp Lys Asp Trp Ile Asn Trp Trp 4 Gly Asn Phe Gly Cys Pro Cys Val Ile 5 Arg Tyr Glu Ser Asn Cys Ala Ala Arg 6 Cys Arg Ser Thr Asp Ser Lys Trp Gly 7 Glu Gly Asn Asp Gly Ala Lys Arg Cys 8 Leu Tyr Phe Tyr Arg Leu Ile Asn Arg 9 Ala Ser Asn Gly Thr Leu Val Arg Leu 10 11 12 Ala Ala Met Leu Gly Asn Thr Gln Ala Ile Leu Gln Pro Gly Ser Ser Ser Asp Ser Asp Gly Cys Lys Gly 13 Lys Trp Thr Ile Arg Ile Asn Thr 14 15 Arg His 15 Val Cys 30 Asn Arg 45 Asn Ser 60 Asn Leu 75 Thr Ala 90 Gly Met 105 Asp Val 120 タンパク質の二次構造 二次構造（secondary structure）には、２ 種類ある αヘリックス（α-helix） βシート（β-sheet） 逆平行βシート 平行βシート αへリックス Ball and stick 模型 αへリックス リボン模型 βシート Ball and stick 模型 βシート リボン模型 タンパク質のドメイン αヘリックスやβシートなどの二次構 造が組み合わせって、球状となっ た構造単位があることがわかって きた。 大きなタンパク質を構築するモジュ ール単位で、これをドメインと呼ぶ。 タンパク質の三次構造 サイトゾール中では、側鎖の性質のために 決まった立体構造（conformation）をとる。 タンパク質の四次構造 一本のポリペプチド鎖を一つの単 位として、これが複数組み合わさっ たタンパク質がある。これを四次構 造という。 たとえばヘモグロビンはα鎖２本とβ 鎖２本の四量体である。 α２β２ 二つの合成経路 分泌性タンパク質の合成 先頭にシグナルペプチドが付加している。 膜タンパク質の場合も同じ。 細胞内のソーティング リボソーム 細胞膜 核 ミトコンドリア 葉緑体 ペルオキシゾーム 次のスライドに模式図 リボソーム形成には、、、 １）核小体 で転写さ れた ｒRNA ３）タンパ ク質とｒ RNAが一 緒になっ て ２）サイト ゾールで 合成され たタンパ ク質が核 へ 分泌タンパク質の一次構造 翻訳直後の、卵白リゾチームの一次 構造は次のとおり 1 16 31 46 61 76 91 106 121 136 1 Met Ala Lys Trp Thr Ile Arg Ile Asn Thr 2 Arg Leu Arg Val Asn Asn Asn Thr Gly Asp 3 Ser Gly His Cys Arg Ser Leu Ala Met Val 4 Leu Lys Gly Ala Asn Arg Cys Ser Asn Gln 5 Leu Val Leu Ala Thr Trp Asn Val Ala Ala 6 Ile Phe Asp Lys Asp Trp Ile Asn Trp Trp 7 Leu Gly Asn Phe Gly Cys Pro Cys Val Ile 8 Val Arg Tyr Glu Ser Asn Cys Ala Ala Arg 9 Leu Cys Arg Ser Thr Asp Ser Lys Trp Gly 10 Cys Glu Gly Asn Asp Gly Ala Lys Arg Cys 11 Phe Leu Tyr Phe Tyr Arg Leu Ile Asn Arg 12 Leu Ala Ser Asn Gly Thr Leu Val Arg Leu 13 Pro Ala Leu Thr Ile Pro Ser Ser Cys 14 Leu Ala Gly Gln Leu Gly Ser Asp Lys マゼンダ色がシグナルペプチド 15 Ala 15 Met 30 Asn 45 Ala 60 Gln 75 Ser 90 Asp 105 Gly 120 Gly 135 卵白リゾチーム 1 16 31 46 61 76 91 106 121 1 Lys Gly Ala Asn Arg Cys Ser Asn Gln 2 Val Leu Ala Thr Trp Asn Val Ala Ala 3 Phe Asp Lys Asp Trp Ile Asn Trp Trp 4 Gly Asn Phe Gly Cys Pro Cys Val Ile 5 Arg Tyr Glu Ser Asn Cys Ala Ala Arg 6 Cys Arg Ser Thr Asp Ser Lys Trp Gly 7 Glu Gly Asn Asp Gly Ala Lys Arg Cys 8 Leu Tyr Phe Tyr Arg Leu Ile Asn Arg 9 Ala Ser Asn Gly Thr Leu Val Arg Leu 10 11 12 Ala Ala Met Leu Gly Asn Thr Gln Ala Ile Leu Gln Pro Gly Ser Ser Ser Asp Ser Asp Gly Cys Lys Gly 13 Lys Trp Thr Ile Arg Ile Asn Thr 14 15 Arg His 15 Val Cys 30 Asn Arg 45 Asn Ser 60 Asn Leu 75 Thr Ala 90 Gly Met 105 Asp Val 120 リゾチーム（lysozyme）は、細菌の細胞 壁を構成するN-アセチルムラミン酸と N-アセチルグルコサミン間の結合を切 断する。 ヒトリゾチーム 1 1 Lys 16 Gly 31 Leu 46 Asn 61 Ser 76 Ala 91 Asp 106 Ile 121 Val 2 Val Met Ala Ala Arg Cys Ala Arg Arg 3 Phe Asp Lys Gly Tyr His Val Ala Gln 4 Glu Gly Trp Asp Trp Leu Ala Trp Tyr 5 Arg Tyr Glu Arg Cys Ser Cys Val Val 6 Cys Arg Ser Ser Asn Cys Ala Ala Gln 7 Glu Gly Gly Thr Asp Ser Lys Trp Gly 8 Leu Ile Tyr Asp Gly Ala Arg Arg Cys 9 Ala Ser Asn Tyr Lys Leu Val Asn Gly 10 11 12 Arg Thr Leu Leu Ala Asn Thr Arg Ala Gly Ile Phe Thr Pro Gly Leu Gln Asp Val Arg Asp Arg Cys Gln Val 13 Lys Trp Thr Gln Ala Asn Pro Asn 14 15 Arg Leu 15 Met Cys 30 Asn Tyr 45 Ile Asn 60 Val Asn 75 Ile Ala 90 Gln Gly 105 Arg Asp 120 ヒトでは、涙のなかに含まれていて殺 菌に寄与する。他に免疫にも関与する リゾチームの比較 eggwhite human 1 11 21 31 41 MRSLLILVLC FLPLAALGKV FGRCELAAAM KRHGLDNYRG YSLGNWVCAA MKALIVLGLV LLSVTVQGKV FERCELARTL KRLGMDGYRG ISLANWMCLA eggwhite Human 51 61 71 81 91 KFESNFNTQA TNRN-TDGST DYGILQINSR WWCNDGRTPG SRNLCNIPCS KWESGYNTRA TNYNAGDRST DYGIFQINSR YWCNDGKTPG AVNACHLSCS eggwhite human 101 111 121 131 141 ALLSSDITAS VNCAKKIVSD GNGMNAWVAW RNRCKGTDVQ AWIRGCRL ALLQDNIADA VACAKRVVRD PQGIRAWVAW RNRCQNRDVR QYVQGCGV 活性部位 E:グルタミン酸、D:アスパラギン酸 SS結合：24-145(146), 48-133(134) 82(83)-98(99), 94(95)-112(113) ヒトリゾチーム 1 1 Lys 16 Gly 31 Leu 46 Asn 61 Ser 76 Ala 91 Asp 106 Ile 121 Val 2 Val Met Ala Ala Arg Cys Ala Arg Arg 3 Phe Asp Lys Gly Tyr His Val Ala Gln 4 Glu Gly Trp Asp Trp Leu Ala Trp Tyr 5 Arg Tyr Glu Arg Cys Ser Cys Val Val 6 Cys Arg Ser Ser Asn Cys Ala Ala Gln 7 Glu Gly Gly Thr Asp Ser Lys Trp Gly 8 Leu Ile Tyr Asp Gly Ala Arg Arg Cys 9 Ala Ser Asn Tyr Lys Leu Val Asn Gly 10 11 12 Arg Thr Leu Leu Ala Asn Thr Arg Ala Gly Ile Phe Thr Pro Gly Leu Gln Asp Val Arg Asp Arg Cys Gln Val 13 Lys Trp Thr Gln Ala Asn Pro Asn 14 15 Arg Leu Met Cys Asn Tyr Ile Asn Val Asn Ile Ala Gln Gly Arg Asp 15 30 45 60 75 90 105 120 SS結合が4本あって、三次構造に寄与 している。 ヒトリゾチーム ヒトリゾチーム 酵素タンパク質 酵素（enzyme）は触媒作用を持つタン パク質である。酵素自身は変化せず、 繰り返して反応を触媒する。 酵素が働きかける相手を、基質という。 酵素は特定の基質にたいしてのみ働き かける。これを基質特異性（substrate specificity）という。 リゾチームの作用機序 N-アセチルグルコサミンとN-アセチル ムラミン酸 のβ1-4 グリコシド結合を切 る（丸で囲んである） リゾチームの作用機序 酵素タンパク質 酵素タンパク質として、リゾチームを取 り上げて、三次構造（立体構造）を取 ることで、基質結合部位と活性部位が 構成され、酵素としての働きが生まれ ることを学んだ。 酵素タンパク質 したがって、立体構造の保持が妨げら れると、酵素として機能できなくなる。 これが、酵素の活性に最適温度、最 適ｐHが存在する理由である。 プロテアーゼ ペプチド結合は簡単には切れない。化 学的には、酸を加えて熱を加える必要 がある。 生体内では、ほぼ中性、体温の条件下 で、プロテアーゼと総称される酵素が ペプチド結合を切断する。 プロテアーゼ H R1 O R2 O H-N+-C- C-N- C-C H H H O プロテアーゼ H2O H R1 O H R2 O + H-N+-C-C H-N+-C-C H H O H H O プロテアーゼ タンパク質 ペプシン ポリペプチド断片 トリプシン キモトリプシン より小さなポリペプチド アミノペプチダーゼ カルボキシルペプチ アミノ酸 ダーゼ キモトリプシン キモトリプシンは、セリンプロテアーゼの 一つで、膵臓から不活性型のキモトリプ シノーゲンとして十二指腸へ分泌される ウシのキモトリプシンの一次構造 1 61 121 181 241 10 CGVPAIQPVL TTSDVVVAGE VCLPSASDDF ICAGASGVSS TLAAN 20 SGLSRIVNGE FDQGSSSEKI AAGTTCVTTG CMGDSGGPLV 30 EAVPGSWPWQ QKLKIAKVFK WGLTRYTNAN CKKNGAWTLV 40 VSLQDKTGFH NSKYNSLTIN TPDRLQQASL GIVSWGSSTC 50 FCGGSLINEN NDITLLKLST PLLSNTNCKK STSTPGVYAR 60 WVVTAAHCGV 60 AASFSQTVSA 120 YWGTKIKDAM 180 VTALVNWVQQ 240 キモトリプシン キモトリプシノーゲンは、十二指腸でト リプシンによって活性型のキモトリプ シンとなる。 キモトリプシンは、Tyr、Trp、PheのC末 端側でペプチド結合を切る。 活性中心は、Asp102、His57、Ser195 で構成される。 トリプシン トリプシンも、セリンプロテアーゼの一つ で、膵臓から不活性型のトリプシノーゲ ンとして十二指腸へ分泌される トリプシノーゲンは、十二指腸でエンテ ロキナーゼによって活性型のトリプシ ンとなる。トリプシンも、トリプシノーゲ ンを活性型のトリプシンにする。 トリプシン トリプシンは、塩基性アミノ酸Arg、Lys のC末端側でペプチド結合を切る。 活性中心は、キモトリプシンと同じ。 トリプシンとキモトリプシンは、活性中 心も分子の形も良く似ている（serine protease famliy）が、基質特異性が異 なる。 離れたアミノ酸が近づく キモトリプシン 電子の流れ このように、酵素の働きは電子が基質 から酵素タンパク質の側鎖へ流れるこ とにより実現されることが多い。 そのためには、適切な位置決め（立体 的な相互位置関係）が必要なのであ る。