生物は何からできているか？
（２） アミノ酸と蛋白質
1理工系（III類）
化学生命工学プログラム
化学生物学研究室
准教授
瀧 真清
リボソーム
ア ミ ノ ア シ ル
化されたtRNA
tRNA
アミノ酸
アミノアシル
tRNA合成酵素
(ARS)
合成途中の
蛋白質
G C A G C A A U U U C U U G C U A A G A G A U U U C U U G C U A A G A G G C AtRNAの
アミノアシル化
転写
翻訳
コドンーアンチコド
ンの対合
A U U U C U U G C U A A G A G G C A G A Aペプチド結合
の形成
復習： 蛋白質生合成の全スキーム
DNA
mRNA
DNAから蛋白質への情報の流れ アミノ酸から蛋白質への物質の流れ 2出典： よく分かる分子生物学の基本としくみ、p.45,245.
さらに復習：
遺伝暗号とアミノ酸
出典： よく分かる分子生物学の基本としくみ、p.46.
4アミノ酸の違いは側鎖の違い
側鎖： たった20種類しかない
人工甘味料アスパルテーム（味の素：パルスイート）は、ジペプチド
アミノ酸の主鎖でアミド結合→ペプチド
アミド結合＝ペプチド結合
アスパラギン酸
フェニルアラニン
ペプチド（小さな蛋白質）
なのに、糖のような物性！
5ちょっと脱線－人工甘味料
• どれも、実験中に自分の指が甘いことに気づ
いた偶然の産物！
アミド結合＝ペプチド結合
アスパルテーム
はジペプチド
（小さな蛋白質）
サッカリン
甘み受容体蛋白質
アセサルファムK
甘み分子
分子構造のまるで異なるこれらの化合物が、なぜ共通して甘く感じるのか謎だったが．．。
6甘み受容体蛋白質
←甘み分子結合ポケット
甘み分子の種類によって、
認識に必要なアミノ酸が異なる！
PLoS One, 7, e35380 (2012年).
蛋白質の高次構造
ナノマシン
出典： よく分かる分子生物学の基本としくみ、p.51.
蛋白質の1次構造の特徴
蛋白質内のジスルフィド結合
糖尿病治療薬
パーマ
出典： よく分かる分子生物学の基本としくみ、p.53.
高次構造：
卵白に含まれるアビジンを例に
天然の抗生物質蛋白質：
ビタミンH（ビオチン）を吸収し、卵に感染した菌をビタミン欠乏症にして殺す。
（生卵を食べ過ぎると、皆さん自身がビタミン欠乏症になるので注意して？！）
← αへリックス
← βシート
ビタミンH（ビオチン）
11おまけ－中上級者向け
• フリーソフト RasMolをインストール(英語)
http://rasmol.org/OpenRasMol.html
Windows/MacどちらでもOK.
• アメリカ国立医学図書館にアクセス
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed
• プルダウンから「Structure」を選び、その右に
「1STP」と入力し、search．
• データファイル（ 1STP.pdb（拡張子が.pdb））をダウンロードし、
RasMolから開く．
• RasMol日本語マニュアル：http://www2.ncc.u-tokai.ac.jp/
okamoto/info/rasmol/index.htmlなど．
12らせん軸に沿って沢山の水素結合があるので安定で丈夫。
側鎖は外側を向く
βシートの帯同士が、相互に水素結合して板構造を作る。これも安定で丈夫。
ゆで卵
• 高次構造が壊れる（変性という）。
• 不溶性になる。（内部の疎水性基が露出し、
蛋白質分子間で疎水性基同士が目茶苦茶に
会合する。）
• 当然、ビタミン結合能は無くなるので、沢山食
べてもOK.
（コレステロール値は高くなるので、別の病気になるかもしれんが）• 消化にも良くなる。（ガチガチの高次構造が、
消化酵素による分解を妨げている。変性する
と構造が不規則になる部分ができ、その部分
は酵素のアタックを受けやすくなる。）
刺身などの生魚・生肉が消化しづらいのも、これに同じ。
14Myosin蛋白
Actin蛋白
四次構造を作る！
蛋白質（分子ナノマシーン）の例：
筋肉蛋白質Myosinによる細胞運動
Muscle myosin is a dimer with two identical motor heads that act independently. Each myosin head has a catalytic core and an attached lever arm. A
coiled-coil rod ties the two heads together, and tethers them to the thick filament seen on top. The helical actin filament is shown at the bottom.
In the beginning of the movie, the myosin heads contain bound ADP and phosphate, and have weak affinity for actin.
Once one of the heads docks properly onto an actin subunit, phosphate is
released. Phosphate release strengthens the binding of the myosin head to actin, and also triggers the force-generating power stroke that moves the actin filament. ADP then dissociates, and ATP binds to the empty nucleotide binding site,
causing the myosin head to detach from the actin filament.
On the detached head, ATP is hydrolyzed, which re-cocks the lever arm back to its pre-stroke state. Thus, like a spring, the arm stores the energy released by ATP hydrolysis, and the cycle can repeat.
The actin filament does not slide back after being released by the motor
head, because there are many other myosin molecules also attached to it, holding it under tension.
The swing of the lever arm can be directly observed on single myosin molecules, here visualized by high-speed atomic force microscopy.
16.8
器官を詰まらせてしまい、
器官への血液供給が低下する。(貧血)
蛋白質中のアミノ酸置換
（1次構造が4次構造に影響する場合もある！）
正常な赤血球細胞
鎌状赤血球貧血症患者の
赤血球細胞
グルタミン酸
バリン
574カ所中のアミノ酸中、たった2カ所だけの置換で・・・。
遺伝コード(コドン):
G
A
A、G
A
G
遺伝コード(コドン):
G
U
A、G
U
G
16L Adler-Abramovich et al., 2012年, Nat. Chem. Biol., (DOI: 10.1039/NCHEMBIO.1002)
アミロイド：
ある特定の構造を持つ水に溶けない繊維状のタンパク質。
蜘蛛の糸など。
人間では、蓄積されすぎると病気に（アルツハイマー病）
アミロイド状のフェニルアラニン繊維
アミノ酸に関する最近の話題：
実はアミノ酸単体だけでも、重合しなくても4次構造はできるかも？
（ナノマシンはちょっと無理？）
17Figure 2-34,35 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
蛋白質は、触媒としても働く
（蛋白質触媒のことを、酵素(enzyme)と呼ぶ）
複雑な電子回路図のよう
トランジスタやダイオードなどの
１つ１つのパーツがバラバラではダメ。
それらが協調して働いてはじめて、
１つのシステム（
ICラジオなど）を形成する。
18Figure 2-46b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
副反応
副反応
副反応
目的の反応
目的の反応
副反応
副反応
副反応
酵素は、目的反応の活性化エネルギーだけを下げる
生命体は秩序だっている必要があり、
目茶苦茶な反応によりいろんな物質（カス・有害物質）が出来たのでは困る。
191種類の蛋白質が、修飾を受けることによって高次構造がかわり、
何種類もの蛋白質が存在するかのように振る舞う。
（オールラウンドマルチプレーヤーになりうる）
修飾 ＝ スイッチオン／オフの役割を持つことも。
Figure 1-30 Molecular Biology of the Cell, Fifth Edition (© Garland Science 2008)
