タンパク質【高校化学・化学基礎一問一答】

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一問一答
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一問一答

問１

【】に当てはまる用語を答えよ。

タンパク質を構成するポリペプチド鎖のアミノ酸の結合順序を【１】構造という。

【問１】解答/解説：タップで表示

解答：【１】一次

タンパク質を構成するポリペプチド鎖のアミノ酸の結合順序を一次構造という。
一次構造では共有結合で結ばれたペプチド鎖の状態を問題にし、ペプチド結合の加水分解などを行ってその分析が行われる。

※タンパク質の構造について詳しくはタンパク質の一次構造・二次構造（αヘリックス/βシート）・三次構造・四次構造を参照

問２

【】に当てはまる用語を答えよ。

ペプチド鎖中のペプチド結合同士が水素結合により、局部的に一定な構造を取ることがある。
これをタンパク質の【１】構造という。
【１】構造には、【２】構造と【３】構造の２種類が存在する。

【問２】解答/解説：タップで表示

解答：【１】二次【２】α-ヘリックス【３】β-シート（【２】・【３】は順不同）

ペプチド鎖において、近くにあるペプチド結合同士が水素結合を形成して、局部的に一定な構造を取る。
これをタンパク質の二次構造という。

二次構造にはα-ヘリックス構造とβ-シート構造の２種類が存在する。

※α-ヘリックス構造

※β-シート構造

※タンパク質の構造について詳しくはタンパク質の一次構造・二次構造（αヘリックス/βシート）・三次構造・四次構造を参照

問３

【】に当てはまる用語を答えよ。

タンパク質のペプチド鎖は多くの場合、【１（右or左）】巻きらせん構造をとる。
このらせん構造を【２】構造という。

【問３】解答/解説：タップで表示

解答：【１】右【２】α-ヘリックス

タンパク質のペプチド鎖は多くの場合、右巻きらせん構造をとる。このらせん構造をα-ヘリックス構造という。
一巻き3.6コのアミノ酸単位からなり、４番目ごとのアミノ酸単位のN-HとC=Oとの間で水素結合を形成して安定化している。
α-ヘリックス構造では、全てのN-HとC=Oが水素結合するために非常に安定となるので、タンパク質はこの構造を取りやすい。

※タンパク質の構造について詳しくはタンパク質の一次構造・二次構造（αヘリックス/βシート）・三次構造・四次構造を参照

問４

【】に当てはまる用語を答えよ。

三次元的な空間配置まで含めた分子鎖全体の構造を【１】構造という。
【１】構造を安定化させている結合のうち最も強い結合は【２】である。

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解答：【１】三次【２】ジスルフィド結合（S-S結合）

ポリペプチド鎖が各所でα-ヘリックス構造、β-シート構造などの二次構造を形成し、それらが不規則なペプチド鎖で繋がっている場合、比較的離れたアミノ酸単位同士の「相互作用」により全体が折りたたまれた一定の構造をとるようになる。
このような三次元的な空間配置まで含めた分子鎖全体の構造を三次構造という。

特定の一次構造をもつポリペプチド鎖がとり得る構造は無限に思えるかもしれないが、実際は１つの一次構造から生じる三次構造は１種類しかない。
これは、ペプチド鎖の各部位における一次構造がそれぞれの部分でどのような二次構造をとるかを決め、さらにその二次構造における側鎖の分布をも決定するためである。

折りたたまれた三次構造を安定化させている”結合”は、ジスルフィド結合（S-S結合）・イオン結合・水素結合・疎水結合の４種類存在する。これらのうち最も強い結合はジスルフィド結合である。

※タンパク質の構造について詳しくはタンパク質の一次構造・二次構造（αヘリックス/βシート）・三次構造・四次構造を参照

問５

【】に当てはまる用語を答えよ。

ジスルフィド結合はタンパク質を構成しているアミノ酸に【１】が含まれるときに形成される。
三次構造を支える各種結合の中で唯一の【２】結合であり、最も【３（強or弱）】い結合である。

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解答：【１】システイン【２】共有【３】強

タンパク質を構成しているアミノ酸にシステインが含まれるとき、その側鎖Rには-S-Hが存在する。
-S-H同士は酸化還元反応によりジスルフィド結合-S-S-を形成することができる。
この結合は、三次構造をつくる結合の中で唯一の共有結合であり、最も強い結合である。

※タンパク質の構造について詳しくはタンパク質の一次構造・二次構造（αヘリックス/βシート）・三次構造・四次構造を参照

問６

【】に当てはまる用語を答えよ。

側鎖にある【１（極or無極）】性で【２（親水or疎水）】性の炭化水素基やベンゼン環などは、水との接触ができる限り【３（多or少な）】くなるように連結する。
これを【４】結合と呼び、この結合は疎水基の数が【５（多or少な）】くなるほど強力な結合となる。

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解答：【１】無極【２】疎水【３】少な【４】疎水【５】多

側鎖にある無極性で疎水性の炭化水素基やベンゼン環などは、水との接触ができる限り少なくなるように連結する。これを疎水結合と呼び、この結合は疎水基の数が多くなるほど強力な結合となる。

※タンパク質の構造について詳しくはタンパク質の一次構造・二次構造（αヘリックス/βシート）・三次構造・四次構造を参照

問７

【】に当てはまる用語を答えよ。

三次構造を形成したポリペプチド鎖が複数個会合して、１つの分子になる場合がある。
このような分子内でのポリペプチド鎖の配列を【１】構造という。このとき、各ポリペプチド鎖は【２】と呼ばれる。

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解答：【１】四次【２】サブユニット

三次構造を形成したポリペプチド鎖が複数個会合して、１つの分子になる場合がある。
このような分子内でのポリペプチド鎖の配列を四次構造という。この構造において、各ポリペプチド鎖はサブユニットと呼ばれている。
四次構造の具体例としてはヘモグロビンがよく挙げられる。

ヘモグロビンは４つのサブユニット（α鎖２つ・β鎖２つ）からなり、それらの立体配座を変えることによりO₂の結合力を調節している。（酸素分圧が大きい肺ではO₂との結合力が高まり、酸素分圧の低い組織系では結合力が弱まりO₂を放出しやすくなる）

※タンパク質の構造について詳しくはタンパク質の一次構造・二次構造（αヘリックス/βシート）・三次構造・四次構造を参照

問８

【】に当てはまる用語を答えよ。

アミノ酸のみからなるタンパク質を【１】、アミノ酸の他に糖類やリン酸、核酸、色素などを含むタンパク質を【２】という。

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解答：【１】単純タンパク質【２】複合タンパク質

アミノ酸のみからなるタンパク質を単純タンパク質、アミノ酸の他に糖類やリン酸、核酸、色素などを含むタンパク質を複合タンパク質という。

※タンパク質の分類について詳しくは【タンパク質の分類】単純/複合/球状/繊維状タンパク質の違いなどを参照

問９

【】に当てはまる用語を答えよ。

ポリペプチド鎖が折りたたまれ、球状になったタンパク質を【１】という。
【１】は親水基を【２（外or内）】側に、疎水基を【３（外or内）】側に向けているため、【４（親水or疎水）】コロイドであり、水に溶け【５（やすorにく）】い。
一方、複数のポリペプチド鎖が絡み合い、束になっているタンパク質を【６】という。
【６】は水に溶け【７（やすorにく）】く、皮膚や髪などの形成に役立っている。
皮膚に含まれる【６】は【８】、髪に含まれる【６】は【９】と呼ばれる。

【問９】解答/解説：タップで表示

解答：【１】球状タンパク質【２】外【３】内【４】親水【５】やす【６】繊維状タンパク質【７】にく【８】コラーゲン【９】ケラチン

ポリペプチド鎖が折りたたまれ球状になったタンパク質を球状タンパク質という。
球状タンパク質は親水コロイドであり、親水基を外側に、疎水基を内側に向けているため比較的水に溶けやすい。
したがって、生体内で生命活動を維持する働きを担っている。
具体例としては、血中に多く含まれるアルブミンや唾液中に存在するアミラーゼなどが挙げられる。

一方、複数のポリペプチド鎖が絡み合い束になっているタンパク質を繊維状タンパク質という。
繊維状タンパク質は水に溶けにくく、皮膚や髪などの形成に役立っている。
皮膚に含まれる繊維状タンパク質はコラーゲン、髪に含まれる繊維状タンパク質はケラチンと呼ばれる。

※タンパク質の分類について詳しくは【タンパク質の分類】単純/複合/球状/繊維状タンパク質の違いなどを参照

問１０

【】に当てはまる用語を答えよ。

加熱等によりタンパク質の立体構造が不可逆的に変化して機能が失われることをタンパク質の【１】という。

【問１０】解答/解説：タップで表示

解答：【１】変性

タンパク質中の水素結合やジスルフィド結合が切れると、立体構造が不可逆的に変化してタンパク質としての機能が失われる。これをタンパク質の変性という。