タンパク質とは何か
タンパク質のモノマーについて学ぶ前に、タンパク質が何であるかを見てみましょう。
タンパク質は、生命活動の中で重要な役割を果たす天然の高分子です。
タンパク質は、細胞の乾燥重量の50％以上を占め、他のどの生体分子よりも大量に存在しています。
そのため、脂質、炭水化物、核酸などの他の生体分子とは大きく異なる。
タンパク質は、その構造、機能、物理化学的性質、修飾、応用、特に遺伝子工学、環境に優しい材料、再生可能な資源に基づく新しい複合材料など、科学の最も進んだ分野で最も広く研究されている生体分子である。
生体分子としてのタンパク質は、酵素触媒（酵素による）、防御（免疫グロブリン、毒素、細胞表面抗原による）、輸送（循環輸送体による）、支持（繊維による）、運動（コラーゲン、ケラチン、フィブリンなどの筋繊維形成による）、制御（浸透圧タンパク質、遺伝子制御因子、ホルモンによる）、貯蔵（イオン結合による）などの生体システムにおける多くの主要機能の実行に責任を負っています。
タンパク質は、動物、植物、ウイルスやバクテリアなどの微生物によって生産される重要な再生可能資源である。
植物由来の重要なタンパク質には、ゼイン、大豆タンパク質、小麦タンパク質などがあります。
カゼインや絹フィブロインは動物に含まれるタンパク質の一部です。
主な細菌性タンパク質の例としては、乳酸デヒドロゲナーゼ、キモトリプシン、フマラーゼなどがあります。
タンパク質は、多数のモノマーユニットが結合して形成されている。
タンパク質には1つ以上のポリペプチドが含まれる。
各ポリペプチド鎖は、ペプチド結合と呼ばれる化学結合によって、多数のアミノ酸が結合して形成されている。
その特定のタンパク質をコードする遺伝子によって、アミノ酸の配列が決定される。
ポリペプチド鎖が形成されると、そのポリペプチド鎖に特有の三次元構造をとるように折り畳まれる。
ポリペプチド鎖のコンフォメーションは、主にアミノ酸の配列と、ポリマー鎖の各部分間の複数の弱い相互作用によって決まる。
これらの弱い相互作用は、熱を加えたり、化学物質を加えたりすることで破壊され、最終的にポリペプチドの3次元構造のコンフォメーションを変化させることができる。
この破壊のプロセスは、タンパク質の変性として知られている。
変性は、最終的にタンパク質の機能的な活性を停止させる。
したがって、タンパク質の構造は、その役割を維持するために非常に重要です。
タンパク質の構造
タンパク質の構造は、一次構造、二次構造、三次構造、四次構造の4つのレベルで議論することができる。
一次構造とは、タンパク質のアミノ酸配列のことである。
二次構造には、α-helixとβ-sheetの2種類があります。
タンパク質の三次構造は、立体構造で決まり、球状と繊維状があります。
三次構造はより複雑でコンパクトです。
タンパク質の4次構造は、折り畳みパターンが高度になるため、はるかに複雑です。
四次構造を持つタンパク質の多くは、非共有結合で結合されたサブユニットを含んでいる。
例えば、ヘモグロビンは4つのサブユニットをもっている。
タンパク質のモノマーとは？
モノマーとは、ポリマーの主要な機能および構造単位です。
高分子の構成単位です。
タンパク質のモノマーはアミノ酸です。
多数のアミノ酸分子がペプチド結合によって結合し、ポリペプチド鎖を形成する。
2本以上のポリペプチド鎖が結合して、大きなタンパク質になる。
アミノ酸の配列が、タンパク質の構造と機能を決定する。
アミノ酸の一般的な構造
生体内のすべてのタンパク質は、20種類のアミノ酸が異なる配列で配置され、形成されています。
このアミノ酸の並びをタンパク質の一次構造と呼びます。
アミノ酸分子の化学式を考えると、アミノ基（-NH2）、カルボン酸基（-COOH）、側鎖（R基）の3つの基があり、これらはそれぞれのアミノ酸に固有のものです。
最も単純なアミノ酸は、水素原子をR基として持つグリシンです。
ベルガセム、M.N.、＆ガンディーニ、A.（Eds.） (2008). 再生可能資源からのモノマー、ポリマー、コンポジット. Amsterdam: Elsevier.
Moore, J. N., & Slusher, H. S. (1970). *生物学。
複雑さの中の秩序の探求”. グランドラピッズ。
Raven, P. H., & Johnson, G. B. (1988). *生物学を理解する St: Times Mirror/Mosby College Pub.
ウォルシュ、G. (2002). タンパク質：生化学とバイオテクノロジー. Chichester: J. Wiley.
Whitford, D. (2005). タンパク質: 構造と機能. Hoboken, NJ: J. Wiley & Sons.
