タンパク質分解の概要

• By Sarah Moore, M.Sc. Reviewed by Michael Greenwood, M.Sc.

  タンパク質分解は、タンパク質をポリペプチドやアミノ酸などの小さな単位に分解することを説明します。

  

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  これはヒトと動物における重要なプロセスで、通常は細胞タンパク質を活性化するか、その機能性を損なうことによってスイッチをオフにする役割を担っています。

  これにより、細胞構造、さまざまな身体プロセスの調節、体内の膜を介した物質の輸送、細胞がエネルギー源にアクセスできるようにすること、免疫システムを活性化することなど、あらゆることに関連するいくつかの必須機能を体が維持することができます。 また、食品加工の化学や、汚れの除去にも有用であることが証明されています。

  以下では、タンパク質分解のプロセスについて詳しく説明します。

  • タンパク質分解の仕組み
  • タンパク質分解の機能
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  • Sarah Moore
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  タンパク質分解の仕組み

  タンパク質分解は、タンパク質の構造を不可逆的に変化させる制御システムであり、その機能はタンパク質と文脈に依存する。 このプロセスは、タンパク質をポリペプチドまたはアミノ酸に切断することに依存しています。

  タンパク質分解の活発なプロセスがなければ、ペプチド結合の加水分解に何百年もかかるかもしれません。 しかし、身体は、主にプロテアーゼと呼ばれる細胞内酵素を触媒として使用する、効率的なタンパク質分解システムを進化させてきました。

  タンパク質分解には、連続して行われるいくつかの明確な段階が存在します。 第一段階では、カルパインとカテプシンという特定のプロテアーゼ群が、筋原繊維タンパク質をより小さなタンパク質断片とポリペプチドに分解する。

  次の段階では、これらのポリペプチドとタンパク質断片がジおよびトリペプチジルペプチダーゼによって加水分解されて、さらに小さなペプチドが生成される。

  タンパク質分解の機能

  タンパク質分解中にタンパク質が受ける変化は不可逆的で、構造を変えることによってタンパク質の機能性に影響を与える。

  これらの変化は、細胞内および細胞外のシグナル伝達に影響を与え、分解されたタンパク質に応じて特定の身体的プロセスを開始させる効果を持つ。 タンパク質分解は、消化、細胞周期の調節、アポトーシス（調節された細胞死）などに関与しています。

  より最近の研究では、シナプス可塑性の制御による学習および記憶など、より複雑なプロセスにおけるタンパク質分解の役割が示唆されています。 このプロセスは、合成されたポリペプチド鎖から活性タンパク質を生成するためにも必要です。

  ほとんどの場合、タンパク質分解の役割は、3 つのカテゴリーのいずれかに該当します。1 つ目は生理学的プロセスを制御すること、2 つ目は細胞プロセスを監視すること、最後に、タンパク質分解の最後の役割は、細胞内に蓄積または異常化したタンパク質を分解することです。

  タンパク質分解を研究することは、これらのプロセスがどのように機能し、どの段階での機能不全が宿主に影響を与えるかについて理解を深めるために有用です。 タンパク質の分解は、食品業界の化学者や汚れ落とし製品を開発する化学者にとっても重要となっています。

  これは、タンパク質の分解がこれら両方の業界にとって重要であり、特定のタンパク質を分解するプロセスを理解することが、特定の望ましい条件を満たす新製品の開発につながるためです。

  最後に、タンパク質分解は、実験室でタンパク質を分析および研究するための有用なツールとして確立されており、特定のタンパク質の生物学的機能に関する知識を深めるのに役立ち、さまざまな産業における新しい応用への扉を開いています。 アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患は、タンパク質の凝集に関連しており、誤って折り畳まれたタンパク質が蓄積し、細胞内または細胞外で凝集してしまいます。 当然のことながら、このプロセスはタンパク質分解機能の異常と関連している。

  また、慢性炎症性疾患もタンパク質分解機能の異常と関連している。 関節リウマチなどの病気は、酵素が細胞外に異常に放出され、ライソゾーム周辺の組織を破壊する影響を持つことが関係していると考えられている。

  研究により、膵臓におけるプロテアーゼの早期放出に関連する膵炎や、特定のタンパク質の異常な分解に一部関連していると疑われている糖尿病など、他のいくつかの疾患もタンパク質分解活動の異常に関連していることが明らかになっています。 さらに、タンパク質分解はさまざまな疾患に関与しており、タンパク質分解の仕組みを取り巻く知識ベースの増大は、診断および治療における今後の発展に不可欠です。 細胞性タンパク質分解 An Overview. Annals of the New York Academy of Sciences, 674(1 Proteases and), pp.1-15. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1288356

• Bradbury, J. (2001). 神経変性疾患に関与するタンパク質分解問題。 Lancet, 357(9269), p.1679. https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(00)04866-2/fulltext
• Hegde, A. (2008). タンパク質分解とシナプス可塑性(Proteolysis and Synaptic Plasticity). 学習と記憶． A Comprehensive Reference, pp.525-545. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123705099001960
• Varshavsky, A. (2001). タンパク質分解. 遺伝学百科事典，pp.1573-1575. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0122270800010417

Further Reading

• タンパク質解析コンテンツ
• Predicting Protein Function from DNA Sequences
• 構造に基づくタンパク質機能予測
• Ribosome Display(リボソームディスプレイ)。
• Computational-based Approaches to Protein Function Prediction

Citation

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