ネイティブ州

生化学において、タンパク質または核酸の天然状態とは、適切に折り畳まれ、かつ/または組み立てられた形態であり、動作可能かつ機能的である。^[1]生体分子の天然状態は、生体分子構造の4つのレベルすべてを備えており、二次構造から四次構造は、共有結合した骨格に沿った弱い相互作用から形成される。これは、これらの弱い相互作用が破壊され、これらの構造形態が失われ、生体分子の一次構造のみが保持される変性状態とは対照的である。

すべてのタンパク質分子は、アミノ酸の単純な非分岐鎖として始まりますが、完成すると非常に特殊な三次元形状をとります。その最終的な形状は三次構造と呼ばれ、自由エネルギーが最小となる折り畳まれた形状です。タンパク質の三次折り畳み構造によって、タンパク質は生物学的機能を果たすことができます。実際、タンパク質の形状変化は、プリオンやアミロイドによって引き起こされるもの（狂牛病、クールー病、クロイツフェルト・ヤコブ病）を含むいくつかの神経変性疾患の主な原因です。

多くの酵素やその他の非構造タンパク質は、複数のネイティブ状態を持ち、これらの状態間を遷移することで動作したり、制御されたりします。ただし、「ネイティブ状態」は、通常、適切に折り畳まれたタンパク質と変性または未折り畳みのタンパク質を区別するために、ほぼ独占的に単数形で使用されます。他の文脈では、タンパク質の折り畳まれた形状は、ほとんどの場合、ネイティブの「コンフォメーション」または「構造」 と呼ばれます。

多くのタンパク質は変性により不溶性になるため、折りたたまれたタンパク質と折りたたまれていないタンパク質は水溶性によって簡単に区別できます。天然状態のタンパク質は明確な二次構造を持ち、分光学的に円二色性や核磁気共鳴(NMR) によって検出できます。

タンパク質の本来の状態は、NMR で測定される距離などによって、モルテン グロビュールと区別できます。タンパク質の配列内で大きく離れたアミノ酸は、安定して折り畳まれたタンパク質内で互いに接触したり、非常に接近したりすることがあります。一方、モルテン グロビュールでは、時間平均距離は大きくなる傾向があります。

タンパク質をゼロから作ろうとすると、真のネイティブ状態の製品ではなく溶融球が生成されるため、ネイティブ状態のタンパク質の製造方法を学ぶことは重要です。したがって、ネイティブ状態の理解はタンパク質工学において極めて重要です。

核酸は、塩基対形成と、程度は低いが同軸スタッキングなどの他の相互作用によって、本来の状態になります。生物学的DNA は通常、クロマチン内のタンパク質に結合した長い線状二重らせんとして存在し、tRNAなどの生物学的RNA は、折りたたまれたタンパク質の複雑さに近い複雑な本来の構成を形成することがよくあります。さらに、DNA ナノテクノロジーで使用される人工核酸構造は、複数の核酸鎖が単一の複合体に組み立てられた特定の本来の構成を持つように設計されています。場合によっては、生物学的 DNA の本来の状態は、他の制御ユニットによって制御されることなく機能を発揮します。