タンパク質構造を安定化する相互作用

🧠 疎水性効果hydrophobic effect 疎水性効果（hydrophobic effect）hydrophobic effect（疎水性効果） はタンパク質フォールディング protein folding タンパク質フォールディング（protein folding） protein folding（タンパク質フォールディング） の主要因だが、天然構造native structure 天然構造（native structure）native structure（天然構造） は水素結合、静電相互作用electrostatic interaction静電相互作用（electrostatic interaction）electrostatic interaction（静電相互作用）、ファンデルワールス力van der Waals forceファンデルワールス力（van der Waals force）van der Waals force（ファンデルワールス力）、ジスルフィド結合disulfide bond ジスルフィド結合（disulfide bond）disulfide bond（ジスルフィド結合） などの総和 sum 総和（sum） sum（総和） で安定化する。 水とタンパク質を一つの熱力学系 thermodynamic system 熱力学系（thermodynamic system） thermodynamic system（熱力学系） として考えることが重要である。^{1 2}

水素結合・静電相互作用electrostatic interaction静電相互作用（electrostatic interaction）electrostatic interaction（静電相互作用）・疎水性効果hydrophobic effect 疎水性効果（hydrophobic effect）hydrophobic effect（疎水性効果） はタンパク質の各構造階層 structural hierarchy構造階層（structural hierarchy） structural hierarchy（構造階層）を安定化し、その競合から天然構造 native structure 天然構造（native structure） native structure（天然構造） が選ばれる。疎水性効果hydrophobic effect 疎水性効果（hydrophobic effect）hydrophobic effect（疎水性効果） を理解するには、水素結合網hydrogen-bond network 水素結合網（hydrogen-bond network）hydrogen-bond network（水素結合網） を作る水も系の一部として数える必要がある。

相互作用の比較

疎水基hydrophobic group 疎水基（hydrophobic group）hydrophobic group（疎水基） の会合により界面水がバルクへ戻ることは古典的な説明の中心だが、安定化を「水のエントロピー増加」だけへ還元することはできない。タンパク質–水の水素結合、内部充填、分散力、温度依存性biological temperature dependence 温度依存性（biological temperature dependence）biological temperature dependence（温度依存性） も自由エネルギー free energy 自由エネルギー（free energy） free energy（自由エネルギー） 差へ寄与する。^{2 1}

flowchart TD
  A["展開した鎖で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='hydrophobic group'>疎水基</span>が水に露出"] --> B["周囲の水が秩序化"]
  B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='hydrophobic group'>疎水基</span>が内部へ集合"]
  C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='bound water'>拘束水</span>を放出"]
  D --> E["水のエントロピーが上昇"]
  E --> F["折りたたまれた状態を安定化"]

⭐ 単一の弱い結合だけでなく、多数の相互作用と溶媒効果の総和 sum 総和（sum） sum（総和） が天然構造 native structure 天然構造（native structure） native structure（天然構造） を安定化する。この総和 sum 総和（sum） sum（総和） が自由エネルギー地形free-energy landscape自由エネルギー地形（free-energy landscape）free-energy landscape（自由エネルギー地形）の傾きを作る。

まとめ

• 疎水性効果hydrophobic effect 疎水性効果（hydrophobic effect）hydrophobic effect（疎水性効果） は主要因だが、複数の相互作用と水和 hydration 水和（hydration） hydration（水和） の総和 sum 総和（sum） sum（総和） がフォールディングを決める。
• 水素結合、塩橋salt bridge塩橋（salt bridge）salt bridge（塩橋）、ファンデルワールス相互作用van der Waals interaction ファンデルワールス相互作用（van der Waals interaction）van der Waals interaction（ファンデルワールス相互作用） が構造を精密化する。
• ジスルフィド結合disulfide bond ジスルフィド結合（disulfide bond）disulfide bond（ジスルフィド結合） は共有結合性の強い固定を与える。