タンパク質構造の階層と測定方法
タンパク質の構造は生体分子研究の中心的な領域であり、その構造は機能と密接に関連しています。タンパク質の構造は通常、一次構造、二次構造、三次構造、四次構造の4つのレベルに分けられます。
図1
1、一次構造（Primary Structure）:
（1）タンパク質のアミノ酸配列を記述しています。
（2）この連続したアミノ酸鎖はペプチド結合によって結合されています。
（3）一次構造はタンパク質の特性とその多くの生物学的性質を決定します。
（4）測定方法：
- アミノ酸シーケンシング：例えば、エドマン分解法を用いて、タンパク質の末端からアミノ酸を連続的に切断し、識別します。
- 質量分析：特にタンデム質量分析は、アミノ酸配列の識別と測定に使用されます。
2、二次構造（Secondary Structure）:
（1）タンパク質の局所的な折りたたみパターンを記述しています。例として、αヘリックスとβシートがあります。
（2）アミノ酸の主鎖間に形成される水素結合による局所的な安定構造です。
（3）これらのパターンは、タンパク質の三次元構造に枠組みを提供します。
（4）測定方法：
- 円偏光二色性（CD）スペクトル：タンパク質中のαヘリックス、βシート、無秩序コイルの含有量を検出するために使用されます。
- 赤外分光法（IR）：タンパク質の二次構造を分析するために使用されます。
3、三次構造（Tertiary Structure）:
（1）単一のポリペプチド鎖の完全な三次元構造を記述しています。
（2）三次構造は、アミノ酸のR基間の相互作用（疎水性相互作用、イオン結合、水素結合、ジスルフィド結合など）によって引き起こされる折りたたみです。
（3）タンパク質の全体的な空間配置を記述します。
（4）測定方法:
- X線結晶学：精製され結晶化されたタンパク質サンプルを分析し、高解像度の三次元構造を取得します。
- 核磁気共鳴（NMR）スペクトル：液体条件下でタンパク質の三次元構造情報を取得します。
- クライオ電子顕微鏡（Cryo-EM）：大分子複合体の三次元構造を取得するために使用されます。
4、四次構造（Quaternary Structure）:
（1）複数のポリペプチド鎖（サブユニット）がどのように集まって完全なタンパク質複合体を形成するかを記述しています。
（2）すべてのタンパク質が四次構造を持っているわけではありません。2つ以上のポリペプチド鎖で構成されるタンパク質のみが持っています。例：ヘモグロビンは4つのポリペプチド鎖で構成されています。
（3）測定方法
- X線結晶学とクライオ電子顕微鏡：どちらも大分子複合体の構造分析に使用されます。
- ゲル濾過クロマトグラフィーとアフィニティクロマトグラフィー：サブユニット間の相互作用と集合を決定するために使用されます。
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