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タンパク質の種類、その機能と構造

オパーリン・ハルダン理論によると、私たちの地球上の生命はコアセルベート液滴から発生しました。それもタンパク質分子でした。つまり、これらの化合物が今日存在するすべての生物の基礎であるという結論になります。しかし、タンパク質の構造とは何でしょうか?今日、それらは人々の体と生活の中でどのような役割を果たしているのでしょうか？タンパク質にはどのような種類があるのでしょうか？それを理解してみましょう。

タンパク質: 一般的な概念

化学構造の観点から見ると、問題の物質の分子はペプチド結合によって互いに結合されたアミノ酸の配列です。

各アミノ酸には 2 つの官能基があります。

カルボキシル -COOH;
アミノ基 -NH₂.

つながりが形成されるのは彼らの間です異なる分子で。したがって、ペプチド結合は -CO-NH の形式になります。タンパク質分子にはそのようなグループが数百または数千含まれる場合があり、これは特定の物質によって異なります。タンパク質の種類は非常に多岐にわたります。中には体に必須なアミノ酸が含まれているものもあり、食事で体内に補給する必要があります。細胞膜とその細胞質で重要な機能を果たす品種があります。生物学的触媒、つまりタンパク質分子である酵素も単離されます。それらは人間の日常生活で広く使用されており、生物の生化学的プロセスに参加するだけではありません。

対象の化合物の分子量その範囲は数千万から数百万に及ぶ可能性があります。結局のところ、大きなポリペプチド鎖内のモノマー単位の数は無制限であり、特定の物質の種類に依存します。鶏卵を生の状態で検査すると、純粋な形のタンパク質が本来の立体構造で確認できます。淡黄色で透明な濃厚なコロイド状の塊で、その中に卵黄があります - これは望ましい物質です。低脂肪カッテージチーズも同様で、この製品も天然の形でほぼ純粋なタンパク質です。

ただし、検討中のすべての化合物が同じ空間構造。合計 4 つの分子組織があります。タンパク質の構造の種類によってその特性が決まり、その構造の複雑さが示されます。人間や動物では、より空間的に絡み合った分子が大規模な処理を受けることも知られています。

タンパク質の構造の種類

全部で4つあります。それぞれが何であるかを見てみましょう。

主要な。これは、ペプチド結合によって接続されたアミノ酸の一般的な直線配列です。空間のねじれや螺旋化はありません。ポリペプチドに含まれるユニットの数は数千に達することがあります。同様の構造を持つタンパク質の種類には、グリシルアラニン、インスリン、ヒストン、エラスチンなどがあります。
二次的。それは、らせん状にねじれ、形成された巻きによって互いに向かって配向する 2 つのポリペプチド鎖から構成されます。同時に、それらの間に水素結合が発生し、それらを結合します。こうして単一のタンパク質分子が形成されるのです。このタイプのタンパク質の種類は次のとおりです: リゾチーム、ペプシンなど。
三次構造。緻密でコンパクトに集合した二次構造です。ここでは、水素結合に加えて、他の種類の相互作用が現れます。これらは、ファンデルワールス相互作用と静電引力、親水性-疎水性接触です。構造の例としては、アルブミン、フィブロイン、シルクタンパク質などが挙げられます。
第四紀。最も複雑な構造は、らせん状にねじれたいくつかのポリペプチド鎖からなり、ボール状に丸められ、小球状に結合されます。インスリン、フェリチン、ヘモグロビン、コラーゲンなどの例は、まさにそのようなタンパク質の立体構造を示しています。

与えられたすべての構造を考慮すると化学的な観点から分子を詳細に分析するには、分析に多くの時間がかかります。実際、実際には、立体配置が高くなるほど、その構造はより複雑で入り組んだものとなり、より多くの種類の相互作用が分子内で観察されます。

タンパク質分子の変性

最も重要な化学的特性の 1 つポリペプチドとは、特定の条件または化学物質の影響下で破壊される能力のことです。たとえば、さまざまな種類のタンパク質変性が広く普及しています。このプロセスは何ですか?それはタンパク質の本来の構造を破壊することにあります。つまり、分子が最初に三次構造を持っていた場合、特別なエージェントによる作用の後、分子は崩壊します。ただし、アミノ酸残基の配列は分子内で変化しません。変性タンパク質は、物理的および化学的特性を急速に失います。

どのような試薬が立体構造破壊のプロセスを引き起こす可能性がありますか?それらはいくつかあります。

温度。加熱すると、分子の四次、三次、二次構造が徐々に破壊されます。これは、たとえば普通の鶏の卵を揚げるときに視覚的に観察できます。得られた「タンパク質」は、生の製品に含まれていたアルブミンポリペプチドの一次構造です。
放射線。
強力な化学薬品による作用: 酸、アルカリ、重金属塩、溶剤（アルコール、エーテル、ベンゼンなど）。

このプロセスは溶融とも呼ばれます分子。タンパク質変性の種類は、それを引き起こした作用物質によって異なります。場合によっては、考慮されたプロセスとは逆のプロセスが発生します。これが再生です。すべてのタンパク質がその構造を元に戻すことができるわけではありませんが、タンパク質のかなりの部分はこれを行うことができます。そこで、オーストラリアとアメリカの化学者は、いくつかの試薬と遠心分離法を使用して、ゆで鶏卵の再生を実行しました。

このプロセスは、細胞内のリボソームと rRNA によるポリペプチド鎖の合成中に生物にとって重要です。

タンパク質分子の加水分解

変性とともに、タンパク質には次のような特徴もあります。化学的性質の 1 つは加水分解です。これも天然の立体構造の破壊ですが、一次構造ではなく、個々のアミノ酸が完全に破壊されます。消化の重要な部分はタンパク質の加水分解です。ポリペプチドの加水分解の種類は以下の通りです。

化学薬品。酸またはアルカリの作用に基づいています。
生物学的または酵素的。

しかし、プロセスの本質は変わりません。どのような種類のタンパク質加水分解が起こるかによって異なります。その結果、アミノ酸が形成され、すべての細胞、器官、組織に輸送されます。それらのさらなる変換には、特定の生物にすでに必要な新しいポリペプチドの合成が含まれます。

産業では、タンパク質分子の加水分解プロセスを正確に使用して、必要なアミノ酸を取得します。

体内のタンパク質の働き

さまざまな種類のたんぱく質、炭水化物、脂肪があらゆる細胞の正常な機能に不可欠な成分。そしてそれは生物全体を意味します。したがって、それらの役割は主に、生物内での高度な重要性と遍在性によって説明されます。ポリペプチド分子のいくつかの主な機能を区別することができます。

触媒作用。それはタンパク質構造を持つ酵素によって行われます。それらについては後で説明します。
構造的。体内のタンパク質の種類とその機能は、主に細胞自体の構造とその形状に影響を与えます。さらに、この役割を果たすポリペプチドは、毛髪、爪、軟体動物の殻、鳥の羽を形成します。それらは細胞体の特定の補強でもあります。軟骨もこれらの種類のタンパク質で構成されています。例: チューブリン、ケラチン、アクチンなど。
規制。この機能は、転写、翻訳、細胞周期、スプライシング、mRNA読み取りなどのプロセスにおけるポリペプチドの関与として明らかにされます。それらのすべてにおいて、それらは調整者として重要な役割を果たしています。
信号。この機能は細胞膜上に位置するタンパク質によって実行されます。それらはさまざまな信号をあるユニットから別のユニットに送信し、これが組織間の通信につながります。例: サイトカイン、インスリン、成長因子など。
輸送。いくつかの種類のタンパク質とそれらが果たす機能は非常に重要です。これは、たとえばタンパク質ヘモグロビンで起こります。血液中の細胞から細胞へ酸素を運びます。それは人間にとってかけがえのないものです。
予備またはバックアップ。このようなポリペプチドは、追加の栄養源とエネルギー源として植物や動物の卵に蓄積されます。一例はグロブリンです。
モーター。特に原生動物や細菌にとって非常に重要な機能です。結局のところ、彼らは鞭毛または繊毛の助けを借りてのみ動くことができます。そして、これらの細胞小器官はその性質上、単なるタンパク質にすぎません。このようなポリペプチドの例は、ミオシン、アクチン、キネシンなどである。

人体のタンパク質の働きは明らかです。そして他の生き物は非常に多く、重要です。これは、私たちが検討している化合物がなければ、地球上の生命は不可能であることを再度裏付けています。

タンパク質の保護機能

ポリペプチドはさまざまな影響から身を守ることができます。化学的、物理的、生物学的。たとえば、体が外来のウイルスや細菌の脅威にさらされると、免疫グロブリン (抗体) がそれらと戦い、保護の役割を果たします。

身体的な影響について言えば、例えば、血液凝固に関与するフィブリンとフィブリノーゲンがここで大きな役割を果たします。

食品タンパク質

食事性たんぱく質の種類は以下の通りです。

完全なもの - 体に必要なすべてのアミノ酸が含まれているもの。
劣ったもの - 不完全なアミノ酸組成を含むもの。

しかし、どちらも人体にとって重要です。特に最初のグループ。すべての人は、特に集中的な発達期（児童期および青年期）および思春期において、体内のタンパク質レベルを一定に維持する必要があります。結局のところ、私たちはこれらの驚くべき分子が果たす機能をすでに調べており、ポリペプチドの関与なしには実際には私たちの体内で単一のプロセスや単一の生化学反応が完了しないことを知っています。

そのため、以下の製品に含まれるタンパク質を1日分の量を毎日摂取する必要があります。

卵;
ミルク;
カッテージチーズ;
肉と魚;
豆;
大豆;
豆;
落花生;
小麦;
オーツ麦;
レンズ豆など。

1日あたり0.6gのポリペプチドを摂取すると、体重がkgであれば、人はこれらの化合物を欠くことはありません。体に必要なタンパク質が長期間不足すると、アミノ酸飢餓と呼ばれる病気が発生します。これは重度の代謝障害を引き起こし、その結果、他の多くの病気を引き起こします。

ケージの中のタンパク質

すべての最小構造単位の内部生き物、つまり細胞にもタンパク質が含まれています。さらに、上記の機能のほとんどすべてをそこで実行します。まず、微小管とマイクロフィラメントからなる細胞骨格が形成されます。形状を維持するだけでなく、細胞小器官間の内部輸送にも役立ちます。さまざまなイオンや化合物が、チャネルやレールのようにタンパク質分子に沿って移動します。

膜に浸されたタンパク質の役割とその表面にあります。ここで、それらは受容体とシグナル伝達の両方の機能を実行し、膜自体の構築に関与します。彼らは警備に立っている、つまり保護の役割を果たしています。細胞内のどのような種類のタンパク質がこのグループに分類されますか?多くの例がありますので、ここではいくつか紹介します。

アクチンとミオシン。
エラスチン。
ケラチン。
コラーゲン。
チューブリン。
ヘモグロビン。
インスリン。
トランスコバラミン。
トランスフェリン。
卵白。

それぞれの細胞内では数百種類のタンパク質が絶えず動き続けています。

体内のタンパク質の種類

もちろん、その種類は膨大です。既存のタンパク質をすべて何らかのグループに分けようとすると、このような分類になる可能性があります。

球状タンパク質。これらは三次構造、つまり密に詰まった小球によって表されるものです。そのような構造の例は次のとおりです: 免疫グロブリン、酵素の重要な部分、多くのホルモン。
線維状タンパク質。これらは規則的な空間対称性を持つ厳密に順序付けされたスレッドです。このグループには、一次構造および二次構造を持つタンパク質が含まれます。たとえば、ケラチン、コラーゲン、トロポミオシン、フィブリノーゲンなどです。