アルファヘリックスとベータヘリックスの重要な違いは、この構造を形成する際の水素結合の種類にある。アルファヘリックスは分子内水素結合を形成し、ベータヘリックスは分子間水素結合を形成している。

複雑なタンパク質は、一次、二次、三次、四次という4つの構造レベルを持っています。タンパク質の二次構造では、さまざまな方向にペプチド鎖が形成されます。ペプチド鎖は、アミノ酸がペプチド結合で結合した配列で構成されています。このように、タンパク質にはαヘリックスとβヘリックスという2つの主要な二次構造が存在する。このほか、βターンやヘアピン構造と呼ばれる二次構造も存在する。ここでは、α線と螺旋線の違いに絞って説明します。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. アルファヘリックスとは 3. ベータヘリックスとは 4. アルファヘリックスとベータヘリックスの類似点 5. アルファヘリックスとベータヘリックスの表形式による横比較 6. まとめ

アルファヘリックスは何ですか？

タンパク質は4つの構造レベルを持っている。そのうちのひとつであるαヘリックスは、タンパク質の二次構造として最も一般的なものである。しかも、この構造は、中心軸に棒を巻き付けたような形をしている。また、αヘリックスは右巻きヘリックスである。しかし、左巻きのヘリも存在する可能性がある。ここでは、アミノ末端からカルボキシル末端までペプチド結合が形成されている。アミノ酸同士はこのペプチド結合で結ばれている。分子内水素結合がαヘリックスを形成する主な理由である。

図01：αヘリックス

αヘリックスの配置は、タンパク質の親水性、疎水性によって決まる。アミノ酸配列が親水性のR（可変）基を多く含む場合、R基は水相側に配向している。可変基が疎水性であれば、環境の疎水性相にはみ出すことになる。いずれの場合も、R基がらせん状に伸びているように見える。このような構造上の特徴から、α-ヘリックスは変異に対してより抵抗力がある。このように、水素結合の存在がα-ヘリックス構造を安定化させているのである。アルファヘリックスは1回転あたり平均3.6残基を持つ。これは、水素結合の形成に3.6残基が必要なためである。コラーゲンやケラチンなどの構造タンパク質には、α-ヘリックスが豊富に含まれているものがあります。

ベータヘリックスは何ですか？

β-ヘリックスは、タンパク質の二次構造として2番目に多い。α-ヘリックスほど一般的ではないが、β-ヘリックスもタンパク質構造において重要な役割を果たしている。 β-ヘリックスの形成は、2枚のβシートが平行または反平行に配置されることで実現される。そして、このシートがらせん構造を形成する。2本のラメラ鎖の分子間水素結合がβヘリックスの形成に寄与している。

図02：β-ヘリックス

ベータヘリは、組み合わせ方によって右巻きにも左巻きにもなります。βヘリックスを形成する場合、2枚のβシートの可変群は、ヘリックスのコア内に配置されることになる。そのため、βシートを形成する基の多くは疎水的な機能を有している。

αヘリックスとは対照的に、βヘリックスでは17残基がループを形成している。金属イオンには、βヘリックスの形成を活性化する働きがある。α-ヘリックスと同様に、水素結合がβ-ヘリックスの構造維持を支えている。炭酸脱水酵素とペクチンリアーゼは、βヘリックスに富んだタンパク質である。

α（アルファ）とベータヘリックスの共通点

• タンパク質の二次構造には、αヘリックスとβヘリックスがある。
• アミノ酸は、この2つの二次構造のモノマーである。
• また、αおよびβヘリックスの化学組成は、炭素、水素、酸素、窒素、硫黄である。
• さらに、どちらの二次構造も、より高度な組織へと発展しています。
• さらに、両者は水素結合によって安定化されている。
• いずれの構造も、アミノ酸のR基によって疎水性が決定される。

α（アルファ）とベータヘリックスの違い

アルファヘリックスとベータヘリックスの重要な違いは、水素結合の種類にある。アルファヘリックスは分子内水素結合を、ベータヘリックスは分子間水素結合を示す。また、αヘリックスは右巻きヘリックスを形成するが、βヘリックスは右巻きヘリックスと左巻きヘリックスの両方を形成することができる。これがαヘリックスとβヘリックスの大きな違いなんですね。

また、αヘリックスとβヘリックスのもう一つの違いは、αヘリックスの形成がアミノ酸配列の歪みによって達成されるのに対し、βヘリックスの形成では、平行または反平行の2枚のβシートが必ずらせん構造を形成していることである。

以下のインフォグラフィックでは、α-ヘリックスとβ-ヘリックスの違いについて詳しく説明しています。

概要 - α（アルファ） vs. ベータヘリックス

アルファヘリックスとベータヘリックスの両方は、複雑なタンパク質の構造を特定し、推論する上で重要である。いずれもタンパク質の二次構造である。しかし、αヘリックスはアミノ酸配列がらせん状に歪んだものである。一方、βヘリックスは、平行あるいは逆平行のβシートが水素結合することで形成される。また、水素結合は分子内ではα-ヘリックスとして存在し、分子間ではβ-ヘリックスとして存在する。また、どちらの構造もタンパク質の疎水性を決定するR基を有している。そこで、本稿では、α-ヘリックスとβ-ヘリックスの違いについてまとめた。

引用

1 "タンパク質構造の秩序"カーン・アカデミー、カーン・アカデミー、こちらで入手できます。二次構造インフォマティクス：利用可能なアルファヘリックス構造へのガイド 2 "タンパク質二次構造：アルファヘリックスとベータシート" 構造バイオインフォマティクス：実践ガイド