アミノ酸とたんぱく質 「やればできる」は魔法の合言葉 企画・製作・発表 樋掛雅則 (名古屋大学理学部物理学科 三年) 0 たんぱく質とは何か 生き物の活動を支える物質 動物の重要な栄養素の一つ α-アミノ酸からなるポリマー 1 生体内でのたんぱく質の働き 構造たんぱく質 細胞や個体の構造に関与するもの ケラチン 皮膚や爪、毛の強度を高める コラーゲン 骨、軟骨、腱、血管の強度を高める 酵素たんぱく質 トリプシン 生体内外の代謝を触媒する （生命現象に伴う化学反応を促進） 調節たんぱく質 生命活動を調節する ホルモンレセプター ホルモンを受容し細胞の働きを調節 2 生体内でのたんぱく質の働き 収縮たんぱく質 伸縮して運動や構造の変化を起こす アクチン・ミオシン 筋収縮を行う チューブリン 中心体や骨格細胞 防御たんぱく質 生体防御にはたらく 免疫グロブリン 抗体として異物である抗原と結合する 輸送たんぱく質 ヘモグロビン 生体内で物質の運搬を行う 血液中で酸素の運搬 3 生体内でのたんぱく質の働き ホルモン 血液中を移動し恒常性維持にはたらく インスリン 血糖値を低下させる 様々な種類のたんぱく質に支えられていきている。 4 水 5 水と水素結合 真空中での振る舞いではなく 水の中での振る舞いを考える！ 6 アミノ酸とは何か アミノ基とカルボキシル基をもつ化合物 天然には80種余り存在 約20種がたんぱく質を構成 栄養素として重要 7 たんぱく質を構成するアミノ酸① 疎水性アミノ酸 イミノ酸 含硫性アミノ酸 8 たんぱく質を構成するアミノ酸② 酸性アミノ酸（負電荷） 塩基性アミノ酸（正電荷） 9 たんぱく質を構成するアミノ酸③ 親水性アミノ酸（非荷電） 芳香族アミノ酸 10 アミノ酸→ペプチド→ポリペプチド アミノ酸4個からなる組み合わせは？ 204 ≒ 160000通り… たんぱく質は数千万種といわれている 11 たんぱく質の生成 たんぱく質は細胞内にあるリボゾームで生成される 12 たんぱく質が豊富な食品 13 ヒトと他の動物のたんぱく質の差異 ウシ Ala Ser Val ヒツジ Ala Gly Val 14 ヘモグロビン。 15 たんぱく質における相互作用 水素結合 共有結合 静電相互作用 ジスルフィド(s-s)結合 疎水性相互作用 ファンデルワールス相互作用 16 ジスルフィド結合 二つの硫黄の共有結合による架橋 17 疎水性相互作用 たんぱく質を構成するアミノ酸の疎水性の部分は お互いに近づき、一箇所にまとまろうとする（ように見える） 18 ラーメン 四川ラーメン ４２０円 19 ラーメン ご馳走様でした 20 ラーメン …。 21 ファンデルワールス力 電子雲が重なりを嫌う 22 たんぱく質の立体構造 一次構造 どのアミノ酸がどんな順番で結合しているのか 二次構造 三次構造 四次構造 αへリックス構造 βシート構造 (ターン) (ループ) 二次構造がどのように配置されているか 三次構造の配置、多量体 23 α-へリックス構造 ペプチド結合部分の水素と酸素が 水素結合する事でできる螺旋状 の構造 4残基離れた部分と結合する。一 回ターンあたり3.6残基、ピッチは 5.4Å Glu Ala Leuが連続するとこの構 造をとりやすい 24 βシート構造 平行に並んだ二本の主鎖の ペプチド結合部分が水素結 合する事でできる平面シート 状の構造 主鎖の方向によって平行β シート、逆平行βシートの2種 類ある Ile Val Metが連続するとこの 構造をとりやすい 25 βシート構造② 26 たんぱく質の中の二次構造 27 …他 ループ αへリックスとβシートを繋ぐ、主鎖の折れ曲がりの部分。 ターン ループ領域中の局所的に規則的な部分。 アミノ酸残基4個程度からなる。ポリペプチド主鎖が 180度折り返すU字型の構造。 28 鎌状赤血球症 29 必須アミノ酸 30 必須アミノ酸 31 年齢別必須アミノ酸 32 たんぱく質の生成 たんぱく質は細胞内にあるリボゾームで生成される →生成段階では一次構造。 たんぱく質として機能を果たす ためには高次構造に化ける必 要がある！！ 33 立体構造の重要性 34 フェニルケトン尿症 35 たんぱく質の折り畳み DNA配列→RNA配列→アミノ酸配列 →たんぱく質の立体構造 生成直後直鎖となっているたんぱく質はそれぞれのアミ ノ酸残基間で働く相互作用によってエネルギー最小とな るように自然に折り畳まれ、立体構造をとる？ 36 Anfinsenの実験 一次構造で、立体構造が決まる 37 フォールディング 38 Levinthalのパラドックス タンパク質のnative構造のこわれたunfolding状態からまった くのランダム検索でnative構造に到達すると仮定。 100個のアミノ酸残基 各残基ごとに取り得るコンフォメー ションを2通りとする 2100通りの立体構造が考えられる 1つのコンフォメーションの滞在時間を10-13秒と仮定する。 ランダム検索には107年かかる。（実際には数秒） タンパク質のfoldingにはある定まった経路（中間体）がある？ 39 シャペロン 40 たんぱく質の一生 41 シャペロン② 42 シャペロン③ 卵白 43 たんぱく質の一生 44 つづく？ 45
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