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東方見雲録

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2023.05.06

言葉の森：タンパク質のフォールディング(折り畳み)

テーマ：百聞は一見に如かず。今日のデジカメ写真(7324)

カテゴリ：生命

全アミノ酸のうちタンパク質の構成要素となるのは22種であり、真核生物はそのうち21種、ヒトを含む多くの動物は20種のアミノ酸で構成されています。アミノ酸を「文字」にたとえると、タンパク質は文字を並び替えてできる「言葉」であり、生命は言葉を組み合わせて構成される「文章」と言うことができます。地球上のあらゆる生物は人間からバクテリア、古細菌に至るまで、共通する約20個のアミノ酸の組み合わせで構成されています。これらのアミノ酸は、原始地球の大気や隕石(いんせき)の破片から選ばれた10種の「初期アミノ酸」と、その後に追加された10種の「後期アミノ酸」で構成されていると考えられていますが、天然に存在する500種類以上のアミノ酸からなぜ約20種のアミノ酸だけが選ばれたのかは不明です。

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ジョンズ・ホプキンズ大学の生物物理学者であるスティーブン・フリード氏らの研究チームは、生命誕生前の地球において豊富だったさまざまなアミノ酸の組み合わせを実験室内で再現し、原始のタンパク質合成を模倣する実験を行いました。

実験の結果、古代の有機化合物はタンパク質のフォールディング(折り畳み)に最適なアミノ酸を選択して組み込んだことが示されました。

フリード氏は、「ダーウィン的な進化を遂げるには、DNAやRNAといった遺伝分子をタンパク質に変える洗練された方法が必要です。しかし、DNAを複製するにもタンパク質が必要であり、鶏が先か卵が先かの問題があります。私たちの研究は、ダーウィン的な進化の以前に、自然が有用な性質を持つ構成要素を選択できたことを明らかにしています」「基本的に、タンパク質のフォールディングは地球上に生命が存在する前から、生命の進化を可能にしていました。生物学ができる前から進化が可能であり、DNAができる前から生命に有用な化学物質の自然淘汰ができたのです」とコメントしました。

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タンパク質フォールディング (英語: Protein folding) とは、タンパク質鎖がその本来の三次元構造、通常は生物学的に機能するコンホメーション(立体構造)を、迅速かつ再現性のある方法で獲得する物理的なプロセスである。これは、ポリペプチドがランダムコイルからその特徴的で機能的な三次元構造に折りたたまれる物理的な過程である。それぞれのタンパク質は、mRNAの配列からアミノ酸の直鎖に翻訳されるとき、折りたたまれていないポリペプチドまたはランダムコイルとして存在する。そのポリペプチドは、安定した (長続きする) 立体構造を欠いている (第1図の左側)。そのポリペプチド鎖がリボソームで合成されていく過程で、直鎖が三次元構造に折りたたまれる。フォールディングは、ポリペプチド鎖の翻訳中でも始まる。アミノ酸は互いに相互作用して、明確に定義された三次元構造、つまり天然状態として知られている折りたたまれたタンパク質 (図の右側) を生成する。結果として生じる三次元構造は、アミノ酸配列または一次構造 (アンフィンセンのドグマ) によって決定される。