技能一覧 › 高校化学 高分子化合物(知識)

タンパク質の構造・変性・検出反応

ペプチド結合、一次〜四次構造、熱や酸・塩基・重金属イオンによる変性(一次構造は壊れない)、ビウレット反応・キサントプロテイン反応・硫黄の検出反応がそれぞれ何を示すかを判定できる

前提

この技能までの道筋(34 技能)
算数中学高校大学大学院

読み込み中…

右端(太枠)がこの技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。

一覧で見る(前提が先)
  1. 実験器具の使い方と安全 (中学理科 化学分野の用語と知識)
  2. 気体の発生方法・性質・集め方 (中学理科 化学分野の用語と知識)
  3. 有機物・無機物と金属の性質 (中学理科 化学分野の用語と知識)
  4. 原子・分子と化学式 (中学理科 化学分野の用語と知識)
  5. 原子の構造と同位体 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  6. 電子配置と価電子 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  7. 周期表と周期律 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  8. イオン化エネルギー・電子親和力・電気陰性度 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  9. イオンと電離・電解質 (中学理科 化学分野の用語と知識)
  10. イオン結合と金属結合 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  11. 共有結合と配位結合 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  12. 分子の形と極性 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  13. 分子間力と沸点 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  14. 結晶の種類と性質 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  15. 水溶液の性質と再結晶 (中学理科 化学分野の用語と知識)
  16. 溶解のしくみ(水和)と極性による溶けやすさ (高校化学 溶液の性質(知識))
  17. 有機化合物の特徴と官能基による分類 (高校化学 有機化合物(知識))
  18. 酸・アルカリと中和・指示薬 (中学理科 化学分野の用語と知識)
  19. アレニウスとブレンステッド・ローリーの酸・塩基の定義 (高校化学 酸と塩基(知識))
  20. 酸・塩基の価数・強弱と電離度 (高校化学 酸と塩基(知識))
  21. 水の電離と pH・身のまわりの物質の液性 (高校化学 酸と塩基(知識))
  22. アミノ酸の性質と等電点 (高校化学 高分子化合物(知識))
  23. 構造異性体 (高校化学 有機化合物(知識))
  24. 脂肪族炭化水素の置換反応・付加反応・付加重合 (高校化学 有機化合物(知識))
  25. 分解と化合(化学変化の種類) (中学理科 化学分野の用語と知識)
  26. 酸化と還元 (中学理科 化学分野の用語と知識)
  27. 酸化・還元の定義 (高校化学 酸化還元と電池・電気分解(知識))
  28. アルコールとエーテル (高校化学 有機化合物(知識))
  29. 酸化数と酸化・還元の判定 (高校化学 酸化還元と電池・電気分解(知識))
  30. 酸化剤と還元剤 (高校化学 酸化還元と電池・電気分解(知識))
  31. アルデヒドとケトン (高校化学 有機化合物(知識))
  32. 弱酸の遊離・揮発性の酸の遊離 (高校化学 酸と塩基(知識))
  33. カルボン酸とエステル (高校化学 有機化合物(知識))
  34. 高分子化合物の特徴と重合の種類 (高校化学 高分子化合物(知識))

説明

タンパク質は、多数の -アミノ酸がペプチド結合でつながった高分子化合物です。この技能では、ペプチド結合のでき方、タンパク質の一次〜四次構造、熱や酸・塩基・重金属イオンによる変性、そしてビウレット反応・キサントプロテイン反応・硫黄の検出反応がそれぞれ何の存在を示すかについての文が正しいかどうかを判定できるようにします。卵白などの試料にどんな反応が起こるかを判断するときに使います。

なぜそうしてよいのか

アミノ酸のカルボキシ基 と、別のアミノ酸のアミノ基 から水 1 分子がとれると、 という結合ができます。アミノ酸どうしのこの結合をペプチド結合といい、この反応を繰り返して多数のアミノ酸がつながったもの(ポリペプチド)がタンパク質の骨格です。水がとれながら単量体がつながるので、これは縮合重合にあたります。アミノ酸 2 分子からなるものをジペプチド、3 分子からなるものをトリペプチドといい、トリペプチドにはペプチド結合が 2 つあります。

タンパク質の構造は段階に分けて考えます。一次構造は、アミノ酸がどの順番でつながっているか(配列)です。二次構造は、ペプチド結合の と別の位置の の間の水素結合によってできる、らせん状の -ヘリックスや、ひだ状の -シートなどの部分的な立体構造です。三次構造は、側鎖どうしの間の相互作用(システインの側鎖どうしがつくるジスルフィド結合 、イオンどうしの引き合い、水素結合など)によって、ポリペプチド鎖全体が折りたたまれてできる立体構造です。四次構造は、三次構造をもつポリペプチド鎖(サブユニット)が複数集まってできる構造で、例えばヘモグロビンは 4 つのサブユニットからなります。タンパク質のはたらきは、この立体構造によって決まります。

二次〜四次構造を支えているのは、水素結合などの比較的弱い結びつきです。そのため、加熱したり、酸・塩基、重金属イオン(、、 など)、エタノールなどの有機溶媒を加えたりすると、立体構造がくずれて凝固・沈殿し、もとのはたらきを失います。これを変性といいます。変性では強い共有結合であるペプチド結合は切れないので、一次構造(アミノ酸の配列)は変わりません。検出反応は、タンパク質のどの部分に注目するかで区別します。ビウレット反応(水酸化ナトリウム水溶液と少量の硫酸銅(II)水溶液を加えると赤紫色)は、ペプチド結合が 2 つ以上ある(トリペプチド以上の)ことを示し、ジペプチドやアミノ酸では起こりません。キサントプロテイン反応(濃硝酸を加えて加熱すると黄色、冷却後アンモニア水で塩基性にすると橙黄色)は、ベンゼン環をもつアミノ酸(チロシン・フェニルアラニンなど)を含むことを示します。硫黄の検出反応(水酸化ナトリウムの固体または濃い水溶液を加えて加熱し、酢酸鉛(II)水溶液を加えると黒色の が沈殿)は、システインなどの硫黄を含むアミノ酸を含むことを示します。

手順

  1. ペプチド結合の文なら、 と から水がとれてできる であり、 個のアミノ酸からなる鎖状のペプチドにはペプチド結合が 個あることに照らす

  2. 構造の文なら、一次構造=アミノ酸の配列、二次構造= と の水素結合による -ヘリックス・-シート、三次構造=側鎖間の相互作用( など)による全体の折りたたみ、四次構造=複数のサブユニットの集合、のどれにあたるかを確認する

  3. 変性の文なら、原因(熱・酸・塩基・重金属イオン・有機溶媒)と、壊れるのは二次〜四次の立体構造で、ペプチド結合と一次構造は壊れないことに照らす

  4. 検出反応の文なら、反応名と「何を示すか」・色を対応させる:ビウレット反応=ペプチド結合 2 つ以上(赤紫色)、キサントプロテイン反応=ベンゼン環(黄色→塩基性で橙黄色)、硫黄の検出=硫黄を含むアミノ酸( の黒色沈殿)

例題

タンパク質に関する記述として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア タンパク質を加熱して変性させると、ペプチド結合が切れてアミノ酸の配列(一次構造)が変わる。
イ キサントプロテイン反応は、タンパク質中に硫黄を含むアミノ酸があることを示す。
ウ ビウレット反応は、ペプチド結合を 2 つ以上もつペプチドで起こり、赤紫色を呈する。
エ -ヘリックスは、側鎖どうしのジスルフィド結合だけによってつくられる構造である。

例題の解答

ア(手順 3):変性で壊れるのは水素結合などで支えられた二次〜四次の立体構造であり、ペプチド結合は切れないので一次構造は変わらない。誤り。

イ(手順 4):キサントプロテイン反応はベンゼン環をもつアミノ酸を含むことを示す。硫黄を含むアミノ酸を示すのは、水酸化ナトリウムと加熱したあと酢酸鉛(II)水溶液で黒色の が沈殿する硫黄の検出反応である。誤り。

ウ(手順 1・4):ビウレット反応はペプチド結合が 2 つ以上ある(トリペプチド以上の)ときに起こり、赤紫色を呈する。正しい。

エ(手順 2):-ヘリックスは二次構造で、ペプチド結合の と の間の水素結合でできる。ジスルフィド結合は主に三次構造にかかわる。誤り。

よって正しいものはウである。

答え:

ウ

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること