タンパク質がアミノ酸から合成されるまで
掲載日：2018.10.18
この章ではタンパク質がアミノ酸から合成されるルートを詳しく追ってみます。やや複雑な話になりますが、お付き合いください。
タンパク質の「構造」
トレーニングなどにより、DNAに「タンパク質を合成せよ」という指令が伝わります。
しかし筋肉の材料となるアミノ酸は細胞の核外にあります。そのため、DNAの情報を書き写して核外に持ち出す必要があります。このとき働くのがメッセンジャーRNA(mRNA)です。
「発達せよ!」というメッセージを受け取ったDNAの情報はmRNAに転写されて核外に運び出されます。このときは必要な遺伝子領域(エキソン)だけが取り出され、余計な領域(イントロン)は除去されます。これをRNAスプライシングと呼びます。
mRNAがメッセージを伝える場所は「リボゾーム」という細胞内小器官です。いろいろなプロセスを経て成熟したmRNAになると、これは「静的にリボゾームの「粗面小胞体」にたどり着きます。
ここにはアミノ酸を一つずつ抱えた運び屋がいます。これをトランスファーRNA(tRNA)と呼びます。
mRNAの情報を受けて、例えばリボソームにロイシンの暗号部がくっつくと、ロイシンを抱えたtRNAがやってきて、ロイシンを置いていきます。
次に「バリン」の暗号部がリボゾームにくっついたとします。するとバリンを抱えたtRNAがやってきて、ロイシンの隣にバリンを置いていきます。このようにして、バリンとロイシンが繋がっていくわけです。そしてペプチドができていきます。
そうしてつくられる最初のアミノ酸配列を「タンパク質の一次構造」と呼びます。イメージとしては、アミノ酸が一直線に鎖のように並ん直でいる状態です。これをペプチド結合と呼びます。
なおこのとき、最初に並ぶアミノ酸が「メチオニン」です。そのためメチオニンは「開始アミノ酸」とも呼ばれます。
そして鎖の途中で、ところどころにアミノ酸どうしに引力が働きます。すると鎖はからみあった糸のようになり、水素結合やイオン結合などによって、らせん状のαヘリックス、板状のβシートと呼ばれる構造ができます。これが「タンパク質の二次構造」です。
このかたちはアミノ酸どうしの相互引力によるものであり、これによるアミノ酸の結合は、「水素結合」と呼ばれます。
そして水素結合以外でも、アミノ酸どうしはイオン結合や疎水性相互作用、ジスルフィド結合などの作用によって、互いに引き合います。
こうして全体的なアミノ酸の鎖が糸鞠のようになったものを、「タンパク質の三次構造」と呼びます。
三次構造は「サブユニット」とも呼びます。この三次構造のタンパク質がいくつか結合すると、それが「タンパク質の四次構造」となります。
しかし筋肉の材料となるアミノ酸は細胞の核外にあります。そのため、DNAの情報を書き写して核外に持ち出す必要があります。このとき働くのがメッセンジャーRNA(mRNA)です。
「発達せよ!」というメッセージを受け取ったDNAの情報はmRNAに転写されて核外に運び出されます。このときは必要な遺伝子領域(エキソン)だけが取り出され、余計な領域(イントロン)は除去されます。これをRNAスプライシングと呼びます。
mRNAがメッセージを伝える場所は「リボゾーム」という細胞内小器官です。いろいろなプロセスを経て成熟したmRNAになると、これは「静的にリボゾームの「粗面小胞体」にたどり着きます。
ここにはアミノ酸を一つずつ抱えた運び屋がいます。これをトランスファーRNA(tRNA)と呼びます。
mRNAの情報を受けて、例えばリボソームにロイシンの暗号部がくっつくと、ロイシンを抱えたtRNAがやってきて、ロイシンを置いていきます。
次に「バリン」の暗号部がリボゾームにくっついたとします。するとバリンを抱えたtRNAがやってきて、ロイシンの隣にバリンを置いていきます。このようにして、バリンとロイシンが繋がっていくわけです。そしてペプチドができていきます。
そうしてつくられる最初のアミノ酸配列を「タンパク質の一次構造」と呼びます。イメージとしては、アミノ酸が一直線に鎖のように並ん直でいる状態です。これをペプチド結合と呼びます。
なおこのとき、最初に並ぶアミノ酸が「メチオニン」です。そのためメチオニンは「開始アミノ酸」とも呼ばれます。
そして鎖の途中で、ところどころにアミノ酸どうしに引力が働きます。すると鎖はからみあった糸のようになり、水素結合やイオン結合などによって、らせん状のαヘリックス、板状のβシートと呼ばれる構造ができます。これが「タンパク質の二次構造」です。
このかたちはアミノ酸どうしの相互引力によるものであり、これによるアミノ酸の結合は、「水素結合」と呼ばれます。
そして水素結合以外でも、アミノ酸どうしはイオン結合や疎水性相互作用、ジスルフィド結合などの作用によって、互いに引き合います。
こうして全体的なアミノ酸の鎖が糸鞠のようになったものを、「タンパク質の三次構造」と呼びます。
三次構造は「サブユニット」とも呼びます。この三次構造のタンパク質がいくつか結合すると、それが「タンパク質の四次構造」となります。
二次構造以上を「高次構造」と呼びます。
ここで、問題なのは三次構造タンパク質が幾つか結合して四次構造になるときです。
ここで体液が酸性に傾いていたり、重金属が存在していたりすると、四次構造がうまく作られません。
トレーニングによって乳酸が発生すると、体液は酸性に傾きます。これを放置しておくと、タンパク質合成が上手くいかなくなってしまいます。
ビタミンB群や重曹、クエン酸などに、酸性に傾いてしまうのを防ぐ働きがあります。トレーニング後はこれらを摂取することにより、速やかに乳酸を除去するように栄養条件を整えたいところです。
またアミノ酸のシステインにはSH基(チオール基)が含まれ、そのキレート作用によって重金属の排出が行われます。後述の通りホエイプロテインには多くのシステインが含まれ、重金属の排出や抗酸化作用を期待することができます。
ホエイプロテインを飲まない方は、代わりに卵を食べるようにするといいでしょう。卵には豊富な含硫アミノ酸(メチオニンやシステイン)が含まれます。昔から「悪いものを口にしてしまったときは、卵を飲め」と言われますが、この理由によるものです。
ここで、問題なのは三次構造タンパク質が幾つか結合して四次構造になるときです。
ここで体液が酸性に傾いていたり、重金属が存在していたりすると、四次構造がうまく作られません。
トレーニングによって乳酸が発生すると、体液は酸性に傾きます。これを放置しておくと、タンパク質合成が上手くいかなくなってしまいます。
ビタミンB群や重曹、クエン酸などに、酸性に傾いてしまうのを防ぐ働きがあります。トレーニング後はこれらを摂取することにより、速やかに乳酸を除去するように栄養条件を整えたいところです。
またアミノ酸のシステインにはSH基(チオール基)が含まれ、そのキレート作用によって重金属の排出が行われます。後述の通りホエイプロテインには多くのシステインが含まれ、重金属の排出や抗酸化作用を期待することができます。
ホエイプロテインを飲まない方は、代わりに卵を食べるようにするといいでしょう。卵には豊富な含硫アミノ酸(メチオニンやシステイン)が含まれます。昔から「悪いものを口にしてしまったときは、卵を飲め」と言われますが、この理由によるものです。
- 山本 義徳（やまもと よしのり）
1969年3月25日生まれ。早稲田大学政治経済学部卒業。
◆著書
・体脂肪を減らして筋肉をつけるトレーニング（永岡書店）
・「腹」を鍛えると（辰巳出版）
・サプリメント百科事典（辰巳出版）
・かっこいいカラダ（ベースボール出版）
など30冊以上
◆指導実績
・鹿島建設（アメフトXリーグ日本一となる）
・五洋建設（アメフトXリーグ昇格）
・ニコラス・ペタス（極真空手世界大会5位）
・ディーン元気（やり投げ、オリンピック日本代表）
・清水隆行（野球、セリーグ最多安打タイ記録）
その他ダルビッシュ有（野球）、松坂大輔（野球）、皆川賢太郎（アルペンスキー）、CIMA（プロレス）などを指導。
- アスリートのための最新栄養学（上）
2017年9月9日初発行
著者：山本 義徳
[ アスリートのための最新栄養学（上） ]
