タンパク質: タンパク質とは何か、例、種類、機能

タンパク質は人体にとって必須の栄養素であり、1 つ以上のアミノ酸鎖から形成される生体高分子で構成されています。

すべての生物の細胞の乾燥重量の半分以上は、最も重要な生体高分子の 1 つであるタンパク質で構成されています。

これらの高分子は動物由来の食品に豊富に含まれています。

タンパク質の組成およびその他の特性は、生物学の下位分野である生化学の研究対象です。

タンパク質の化学組成には、 炭素 、 水素 、 窒素 、 酸素が含まれます。 鉄、亜鉛 、 銅 と同様に、その構造中に 硫黄 も含まれています。

タンパク質は、共有結合した一連のアミノ酸で構成されています。

アミノ酸の長い鎖が ポリペプチド です。

アミノ酸間のこれらの結合は ペプチド結合 と呼ばれます。

ペプチド結合は、あるアミノ酸の アミン 基（アンモニアに由来する有機化合物）と別のアミノ酸の カルボキシル 基（カルボン酸の成分）との間に発生します。

20 個のアミノ酸がさまざまな方法で結合して、生物体内で最も多様なタンパク質を形成します。これら 20 種類のうち 9 種類は必須、つまり 食物を通じてのみ摂取できるものです。

タンパク質は、体内で果たす機能に基づいて、動的タンパク質と構造タンパク質の 2 つのグループに分類できます。

動的タンパク質は、生体を防御し、物質を輸送し、反応を触媒し、代謝を制御する機能を持っています。

構造タンパク質は、体内の細胞や組織の構造を形成する主な機能を持っています。

タンパク質の分類は、分子の特性に応じて異なります。たとえば、次のとおりです。

研究対象がタンパク質の組成である場合、それらは 2 つのグループに分類できます。

ポリペプチド鎖の数に関して、タンパク質は次のように分類できます。

形状に関して、タンパク質は 2 つのタイプに分類できます。

タンパク質分子の構造については、どのように分類できるかをご覧ください。

一次構造は遺伝的に決定されます。アミノ酸が直線状に並んだ最も単純な構造です。

タンパク質の構造が二次的であるためには、一次構造にアミノ酸が共有結合していなければなりません。したがって、分子は回転し、最終的には次の 3 つの方法で自己相互作用することができます。

これは、二次構造が 3 次元空間で展開されるときに発生します。

この構造は、同一または非同一のポリペプチド鎖間の相互作用によって起こり、それらが集まって独特の三次元構造を形成します。

タンパク質は体の中で基本的な役割を果たします。臓器や組織を形成する物質の基礎となるものであり、骨、毛髪、歯などの形成の基礎となるものでもあります。

タンパク質の機能はその形状や構造によって異なります。実際にはすべての細胞機能はタンパク質によって媒介されなければなりません。

以下のタンパク質の主な機能のいくつかを確認してください。

タンパク質の主な特性の 1 つは、いわゆる 変性 能力です。変性は、タンパク質を加熱または振盪したときのタンパク質の特性の不可逆的な変化で構成されます。

人体に関する限り、水に次いで生物の 2 番目に大きな構成要素です。

タンパク質はその起源によって性質が異なり、動物由来のものは生物学的価値が高く、動物由来のものは生物学的価値が高くなります。これらは、すべての必須アミノ酸が理想的な量と割合で含まれている完全なタンパク質とみなされます。

私たちが食べ物を食べると、私たちの体は消化によってタンパク質を使用します。

消化において、タンパク質は酸と酵素 (ペプシン) にさらされ、 加水分解が 発生します。

たとえば、過剰な熱や撹拌にさらされると、二次および三次構造は不可逆的な変化を起こし、その結果、その特性が失われます。このため、特定の食品は調理すると栄養価が失われます。

タンパク質には動物由来のものと植物由来のものがあります。

これらのタンパク質の主な特徴を発見してください。

以下の動物由来のタンパク質食品の例のリストを確認してください。

植物由来のタンパク質食品の例を以下のリストで確認してください。

植物由来の食品の中には、 タンパク質が豊富な果物 もいくつかあります。

タンパク質の消化プロセスは胃で始まります。その中に存在する塩酸は、タンパク質を変性させること、つまり構造内の水素結合を破壊することによってプロセスを開始します。

その後、タンパク質分解鎖はその形状を失い、酵素の作用を受けます。この時点で、ペプシン酵素はタンパク質をより小さな分子に変換します。つまり、ペプシンはタンパク質の部分的な分解を引き起こし、ペプチド結合を加水分解します。

タンパク質消化の第 2 段階は小腸で行われます。その中で、タンパク質は膵臓酵素の作用を受けます。その後、ペプチドやアミノ酸が吸収されて肝臓に運ばれます。

糞便の形で体から放出されるタンパク質の割合は、摂取した量の約1％に相当します。

タンパク質合成は DNA によって決定されるプロセスであり、生物学的細胞が新しいタンパク質を生成します。これは体のあらゆる細胞で起こります。

その過程で、DNA はメッセンジャー RNA によって転写され、この情報はリボソームとアミノ酸を運ぶ輸送 RNA によって翻訳されます。

アミノ酸の配列はタンパク質の形成を決定します。

タンパク質合成は、 転写 、 翻訳 、 アミノ酸活性化 の 3 つの段階に分かれています。

RNA と DNA についてさらに詳しく学びましょう。

転写段階では、メッセンジャー RNA (mRNA) がシストロン (DNA の一部) からのメッセージを転写します。

RNA ポリメラーゼ酵素は酵素複合体に結合します。二重らせんがほどかれ、鎖の塩基をつなぐ水素結合が切れます。

その後、mRNA 分子の合成プロセスが始まります。このプロセス中に、塩基間でペアが形成されます。

最終的に、mRNA 分子は DNA 鎖から分離され (次に水素結合に戻ります)、二重らせんが再確立されます。

RNA は核を出る前に成熟または処理されます。その一部の部分は除去され、残った部分はそれらの間で結合を確立し、成熟 RNA を形成します。

この RNA はアミノ酸をコードしており、翻訳段階が発生する細胞の部分である細胞質に到達することができます。

この段階でタンパク質が形成されます。

翻訳段階は細胞の細胞質で起こり、mRNA に存在するメッセージがリボソームで解読されるプロセスで構成されます。

翻訳プロセス中に、トランスポート RNA (tRNA) が機能します。アミノ酸を細胞質からリボソームに輸送する機能があることからこの名前が付けられました。

次にアミノ酸は、tRNA との結合を確立する特定の酵素によって活性化され、aa-tRNA 複合体が形成されます。

タンパク質電気泳動は、尿に含まれるタンパク質（尿タンパク質）または血清に含まれるタンパク質（血清タンパク質）を分離する検査です。

これは、異常なタンパク質の存在を検出することに加えて、タンパク質の欠如、減少、または増加を検出するために使用される検査です。この検査は、タンパク質の吸収、損失、生成に影響を与える病気の診断に役立ちます。

不規則な量のタンパク質は、たとえば、腎臓の問題、糖尿病、自己免疫疾患、または癌を示している可能性があります。

総タンパク質量を測定することで、個人の栄養状態を示すこともできます。

タンパク質が多すぎると健康上の問題を引き起こす可能性があるため、タンパク質の摂取は適度である必要があります。過剰な量のタンパク質を持つ微生物は、腎臓に損傷（結石など）を引き起こし、動脈硬化や骨粗鬆症、体重増加、肝臓の問題などの病気を発症する可能性があります。

このため、いわゆる「プロテインダイエット」（たんぱく質の良質な供給源となる食品を中心とした食事）を行う場合には、摂取量を誇張することはできないため、十分に注意する必要があります。

体内のタンパク質の過剰量は体に有害ですが、非常に少ない量でも有害です。

体内のタンパク質の量が少ないことによって引き起こされる影響の 1 つは、たとえば、中枢神経系の一部の萎縮です。

さらに、体重減少、一定の疲労感、筋肉痛、治癒の問題、脱毛などを経験することもあります。

タンパク質が豊富な食品を摂取することは、筋肉量を増やす目的で運動する人にとって基本的に重要です。

ウェイトトレーニング中、タンパク質は筋肉組織で分解されます。これらの組織を修復するために、体は食事から既存のタンパク質を求めます。

このため、運動をして筋肉の成長を目指す人は、タンパク質が豊富な食品を 1 日を通して規則的に食べることが不可欠です。

一日の推奨摂取量を補うためにプロテインサプリメントを使用する人もいます。

ただし、この使用は栄養専門家によって監視されなければならず、同時にその人の食習慣、ライフスタイル、実施するスポーツの種類なども考慮されます。

CMPA としても知られる牛乳タンパク質アレルギーは、最も一般的な食物アレルギーと考えられています。子供の 2.2% が生後数年間に CMPA を患うと推定されています。

これは、牛乳と接触した場合だけでなく、その誘導体と接触した場合にも体が引き起こすアレルギー反応です。

この反応は、 IgE 媒介 、 非 IgE 媒介 、または 混合の 3 つの異なる方法で現れます。

以下の各発現形態のいくつかの特徴を確認してください。

以下も参照してください。