タンパク質の構造とアミノ酸

タンパク質は、生体の構造や機能において重要な役割を果たす。
タンパク質は、多数のアミノ酸がつながってできる高分子の有機化合物である。

アミノ酸の基本構造

ヒトのタンパク質を構成するアミノ酸は20種で、いずれもアミノ基（-NH2）とカルボキシル基（-COOH）が同一の炭素原子に結合したα-アミノ酸である。
アミノ酸の種類は側鎖で決まるため、側鎖が20種類あるということでもある。

生物が必要とするアミノ酸のうち、体内で合成できないアミノ酸を必須アミノ酸と呼ぶ。

ペプチド結合

隣り合ったアミノ酸同士は、一方のアミノ酸のアミノ基と、他方のアミノ酸のアミノ基が脱水縮合して、ペプチド結合を形成する。
ペプチド結合は、アミノ基末端（Ｎ末端）側からカルボキシル基末端（Ｃ末端）側へと一方向的に形成されていく。

多数のペプチド結合から形成される分子をポリペプチド（鎖）と呼ぶ。
「ポリペプチド」という用語は「タンパク質」という用語とほぼ同義であるが、「タンパク質」は分子量が大きなもの、「ポリペプチド」は分子量が小さなもの、という意味で使われることが多い。
また、分子量がポリペプチドとタンパク質の中間の物質に対する「ペプトン」という用語もある。

タンパク質の構造

タンパク質のはたらきに重要なのは、その立体構造である。
タンパク質の立体構造は基本的に、アミノ酸がどのように配列されているかによって決まるが、そのアミノ酸配列のことを「タンパク質の一次構造」と呼ぶ。
タンパク質の立体構造にはそのほかに、二次構造、三次構造、四次構造がある。

• 一次構造：タンパク質を構成するアミノ酸の配列順序を一次構造と呼ぶ。
• 二次構造：主に水素結合（OとH、NとHの間に形成されるゆるやかな結合）による単純な立体構造。αらせんやβシートなどの基本的な繰り返し構造が多く、次の三次構造の基本的単位となる。異なるタンパク質に共通する基本的な立体構造で，建築でいえばブロックに相当する．
• 三次構造：二次構造を構成したポリペプチド鎖が、S-S結合や水素結合によって折りたたまれて作るいわゆる「立体構造」を三次構造という。高温や高pH・低pHなどは、水素結合を破壊するため、三次構造が変化し、そのタンパク質の正常なはたらきを失わせる。
• 四次結合：三次構造を形成したポリペプチド鎖がサブユニットとして複数集合して構成する立体構造を四次構造という。そのタンパク質の正常なはたらきを示す最終的な構造である。

	サブユニットの数	最終的な機能形が取る立体構造
トリプシン	1	三次構造
ミオグロビン	1	三次構造
インスリン	2	四次構造
コラーゲン	3	四次構造
ヘモグロビン	4	四次構造
γグロブリン	4	四次構造
ミオシン	5	四次構造