今月のメグビーメールマガジン
第３章 ～タンパク質の科学～
分子生物学からみたタンパク質の生合成
【タンパク質の四次の構造】
第一構造＝アミノ酸の順序
夕食の食膳に豆腐がでたとしよう。
豆腐の主成分はタンパク質である。われわれが、それをタンパク質を摂取する目的で食ったにせよ、何も考えずに食ったにせよ、それは小腸で消化・吸収され、けっきょくは、体タンパクに変貌する。
小腸でほとんど残らずアミノ酸にまで分解し、その壁を通過して血液にはいり、しかるべき組織にはこばれ、そこで組織に同化する、ということだ。
アミノ酸を材料として、新しいタンパク質が合成されたわけである。 夕食に食った豆腐は、翌朝には、血となり骨となり、筋肉となり脳となり、肝臓となり腎臓となっているだろう。これらの器官は不断の異化のために、豆腐のようなタンパク質の供給を待っているのだ。
このように考えてくると、タンパク質の生合成は、いかなるメカニズムによって実現するか、が問題になる。
まず、アミノ酸がペプチド結合によってつながれた形の化合物ポリペプチド、いやタンパク質の具体例をとってみよう。
血液を赤く染める色素を「ヘモグロビン」という。これは血色素と訳される“複合タンパク”であって、赤血球におさまっている。複合タンパクとはアミノ酸以外の原子もしくは原子団をふくむ化学物質であって、ヘモグロビンの場合には鉄化合物ヘムをもっている。
この事実はただちに、タンパク質があっても鉄がなければ、ヘモグロビンの合成ができないことを示しているはずだ。
ところでヘモグロビンは、ポリペプチドの鎖４本が結合した形の化合物で、その１本１本に１個のヘムがくっついている。その鎖がまた、アルファ、ベータ、ガンマ、デルタの４種である。この鎖を構成するアミノ酸の数は、アルファが１４１、あとの３つが１４６である。
われわれ成人のヘモグロビンは２種あって、１つはアルファとベータが組み、１つはアルファとデルタが組んでいる。そして、胎児のヘモグロビンはこれとちがい、アルファとガンマが組んでいる。
アルファヘモグロビンのポリペプチド鎖を見ると、アミノ酸の順序は次のようだ。
バリン、ロイシン、セリン、プロリン、アラニン、アスパラギン酸、リジン、トレオニン、アスパラギン・・・
こうして１４１のアミノ酸がつづくわけだが、そのうちの１つがちがっても、ヘモグロビンの酸素運搬能力に多少の狂いが生じる。
このアミノ酸の順序は、タンパク質にとっても何よりも大切なものだ。そこでこれを「タンパク質の第一構造、または一次構造」という。
第一構造とは、アミノ酸の順序から見た構造のことである。
タンパク質の生合成の焦点は、アミノ酸を一定の順序にならべてつなぐ作業になければならないわけだ。
●“合成組立工場”リボゾーム
このアミノ酸を順序にしたがってつなぐ作業をする工場はわかっている。それは細胞のなかにある小器官 ―「リボゾーム」である。
このものは、細胞の中心にある核につながったミクロゾームまたは小胞体という名の小器官の表面に、“ごま”をまぶしたようなぐあいにちらばっている。リボゾームは、雪だるまのような形をした顆粒である。小胞体には、リボゾームをまぶしたものと、そうでないものと２種ある。前者を「粗面小胞体」後者を「滑面小胞体」という。粗面小胞体は、ごまがついて粗面になっているのだ。ポリペプチドの鎖は、粗面小胞体上のリボゾームによって合成される。
ではタンパク質の第一構造とよばれるアミノ酸の順序は何がきめるのだろうか。リボゾームには、その順序を暗号で書きこんだテープのようなものが送られてくる。テープレコーダーには、録音テープの音を再生する役目の“ヘッド”があるが、リボゾームは、ヘッドのような役割をする、テープはヘッドにすいよせられて、用がすめば去る。
生体の場合、録音テープに相当するものを「メッセンジャーＲＮＡ」という。ＲＮＡは「リボ核酸」の異名である。メッセンジャーＲＮＡは、タンパク質の第一構造のメッセージをたずさえて、小胞体までやってくる。メッセンジャーＲＮＡのことを「ｍＲＮＡ」と記す約束になっている。
ｍＲＮＡのテープは、リボゾームを１通過しただけでちぎられてしまうこともあるが、何回も繰り返して使われることもある。ヘモグロビンの場合は、何日も使われる。
●ＤＮＡの遺伝情報
では、ｍＲＮＡのもつメッセージの発信者はどこにいるのだろうか。 それは、核のなかの染色体にかくれている「ＤＮＡ」という分子だ。ＤＮＡは「デオキシリボ核酸」の略称である。
ＤＮＡは、タンパク質の服をきて染色体におさまっている、二重らせん形の長い長い分子である。ここにタンパク質の第一構造の暗号文があって、ｍＲＮＡはそれを写しとり、粗面小胞体をとおってリボゾームにたどりついたのだ。
われわれの血が赤いのは、ヘモグロビンがあるためである。われわれの両親の血も赤い。
われわれは、ヘモグロビンそのものを親からもらったのではなく、その製法を親から教えてもらったのだ。親はその製法を暗号でＤＮＡに刻みつけて、それを子に伝えたのである。
生体に備わるすべての要素、すなわち、体形から生理機能にいたるまでのすべての要素は、多少の変化はあるにしても、親ゆずりである。遺伝である。そして、遺伝情報の担い手を「遺伝子」という。遺伝子はＤＮＡ分子上にあったのだ。このことを発見したのは、アメリカの生物学者ワトソンと、イギリスの物理学者クリックとである。ふたりの２０歳代の科学者の協力によって、この２０世紀最大の発見がなされたのであった。
ＤＮＡ分子はひじょうに長い。その長い分子のなかに、多くの遺伝情報がこめられている。１つのＤＮＡ分子のなかに、いくつもの遺伝情報の暗号文がつながっておさめられているわけだ。
ヘモグロビンをつくらなければならなくなると、ＤＮＡ分子のなかの、ヘモグロビンの製法を記した部分の暗号が転写される。ｍＲＮＡは、転写暗号をたずさえ、核をでてリボゾームへゆく段取りとなる。
リボゾームには、アミノ酸を１個ずつかついだ運び屋がいる。リボゾームに、たとえば、バリンの暗号部が吸着した状態になると、バリンをかついだ運び屋がそこへきて、バリンをおいてゆく。運び屋のことを「トランスファーＲＮＡ」といい、これを「ｔＲＮＡ」と記す。ｔＲＮＡは、アミノ酸と結合したＲＮＡ分子である。
バリンの次に、リボゾームに吸い寄いよせられる暗号が、ロイシンだったとしよう。すると、ロイシンをかついだｔＲＮＡがリボゾームのところにきて、すでにかつぎこまれたバリンに接して、ロイシンをおく。これで、バリンにロイシンがつながるのである。
このようにして、バリン、ロイシンのつぎにセリンが、そしてプロリンが、という順序につながれば、アルファヘモグロビンができあがってゆくわけだ。
以上の事実からして、タンパク質の第一構造を記憶した遺伝子、すなわち「構造遺伝子」の存在が想像される。
ヘモグロビンについていえば、成人の場合、それを構成するペプチド鎖は、アルファ、ベータ、デルタの３種もなければならないが、それぞれに第一構造、すなわちアミノ酸の順序があちがうのであるから、構造遺伝子も、３種あるはずだ。この３つの暗号はたぶん１本のテープもいっしょにはいっているだろう。そのテープの名はｍＲＮＡだが、１つのｍＲＮＡに、２０も３０も暗号文が記録されることがある。
ヘモグロビンの場合、３つのペプチド鎖が同時に必要なのだから、これを１連の暗号文としてつなぐほうが好都合だろう。しかし現実の要求からすると、アルファが５０％、ベータが４７．５％、デルタが２．５％でなければならないから、事情はあまり単純ではない。
これと比べると、毛髪のようなものは単純だ。その構造を見ると、表皮、中質、髄の３つの部分があり、そこに色素メラニンがある。それらが同時につくらなければ、黒い毛は伸びないわけだ。すると、少なくともこれらに対応する４つの構造遺伝子が、つながって１つのｍＲＮＡにおさまっていなければならないだろう。
毛髪を構成する４つの物質を見ると、表皮、中執、髄の３者はタンパク質であるが、メラニンはタンパク質ではない。したがって、リボゾームでつくられるものは、メラニンではなく、その合成酵素でなければならない。ビードル・テータムの法則では、１遺伝子１酵素とするが、厳密にいえば１遺伝子１タンパクのほうが正しいだろう。ここに示した例では、遺伝子は構造タンパクと酵素タンパクとの暗号を担っている。
【三石巌 高タンパク健康法（絶版）Ｐ８０～Ｐ８８より抜粋】
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