球状タンパク質

生化学において、球状タンパク質またはスフェロタンパク質は球状の（「球のような」）タンパク質であり、一般的なタンパク質タイプの1つです（他のタンパク質タイプは、繊維状タンパク質、無秩序タンパク質、膜タンパク質です）。球状タンパク質は、繊維状タンパク質や膜タンパク質とは異なり、ある程度水溶性（水中でコロイドを形成）です。^{[1]球状タンパク質には複数の}折り畳みクラスがあり、これは、ほぼ球形に 折りたたむことができるさまざまな構造が多数あるためです。

グロビンという用語は、より具体的にはグロビンフォールドを含むタンパク質を指すこともあります。^[2]

球状タンパク質という用語はかなり古く (おそらく 19 世紀にさかのぼる)、数十万のタンパク質と、より洗練され説明的な構造モチーフの語彙を考えると、今ではやや時代遅れになっています。これらのタンパク質の球状の性質は、現代の技術を使わずに、超遠心分離機または動的光散乱技術を使用することによってのみ判定できます。

球状構造はタンパク質の三次構造によって引き起こされます。分子の非極性（疎水性）アミノ酸は分子の内部に結合し、極性（親水性）アミノ酸は外側に結合して溶媒との双極子間相互作用を可能にし、これが分子の溶解性を説明しています。

球状タンパク質は、タンパク質が本来の立体構造に折り畳まれるときに放出される自由エネルギーが比較的小さいため、わずかに安定しています。これは、タンパク質の折り畳みにはエントロピー コストがかかるためです。ポリペプチド鎖の一次配列は多数の立体構造を形成できるため、本来の球状構造では立体構造が数種類に制限されます。その結果、ランダム性は低下しますが、疎水性相互作用などの非共有結合相互作用によって構造が安定化されます。

タンパク質が自然に折り畳まれる仕組みはまだわかっていませんが、新たな証拠が理解の進展に役立っています。タンパク質の折り畳み問題の一部は、水素結合やファンデルワールス相互作用など、いくつかの非共有結合性の弱い相互作用が形成されることです。現在、いくつかの技術を使用して、タンパク質の折り畳みのメカニズムが研究されています。タンパク質は変性状態でも、正しい構造に折り畳むことができます。

球状タンパク質には、拡散衝突モデルと核形成凝縮モデルの 2 つのタンパク質折り畳み機構があるようですが、最近の研究結果では、PTP-BL PDZ2 などの球状タンパク質は両方のモデルの特徴を備えて折り畳まれることが示されています。これらの新しい研究結果から、タンパク質の遷移状態が折り畳み方法に影響を与える可能性があることがわかっています。球状タンパク質の折り畳みは最近、疾患の治療にも関連付けられており、折り畳まれたタンパク質には結合するが天然のタンパク質には結合しない抗癌リガンドが開発されています。これらの研究から、球状タンパク質の折り畳みがその機能に影響を与えることがわかっています。^[3]

熱力学の第二法則によれば、折り畳まれていない状態と折り畳まれた状態の間の自由エネルギーの差は、エンタルピーとエントロピーの変化によって生じます。球状タンパク質は、本来の立体構造に折り畳まれることで生じる自由エネルギーの差が小さいため、限界的に安定しており、そのため、回転率が速くなり、タンパク質の分解と合成を効果的に制御できます。

構造的機能のみを果たす繊維状タンパク質とは異なり、球状タンパク質は次のような働きをします。

• 酵素は、生物体内で起こる有機反応を、穏やかな条件で、非常に特異的に触媒します。さまざまなエステラーゼがこの役割を果たします。
• メッセンジャーは、メッセージを伝達して生物学的プロセスを調節します。この機能は、インスリンなどのホルモンによって行われます。
• 膜を介した他の分子の輸送
• アミノ酸のストック。
• 調節の役割も、繊維状タンパク質ではなく球状タンパク質によって果たされます。
• アクチンやチューブリンなどの構造タンパク質は、単量体としては球状で可溶性であるが、重合すると長くて硬い繊維を形成する。

最もよく知られている球状タンパク質の 1 つに、グロビン タンパク質ファミリーの一員であるヘモグロビンがあります。その他の球状タンパク質には、アルファ、ベータ、ガンマ(IgA、IgD、IgE、IgG、IgM) グロブリンがあります。さまざまなグロブリンの詳細については、タンパク質電気泳動を参照してください。主要な代謝機能を持つほぼすべての酵素は、多くのシグナル伝達タンパク質 と同様に、球形をしています。

アルブミンも球状タンパク質ですが、他のすべての球状タンパク質とは異なり、水に完全に溶けます。油には溶けません。