第110回
問115
理論問題｜生物
コラーゲンの三重らせん構造とビタミンCの役割
問115（理論）
コラーゲンは、下図に示すように、ポリペプチド鎖（コラーゲン単量体）の3本が、らせん状に絡み合って三重らせん構造（コラーゲン三量体）を形成する。図上段に示すように、単量体ポリペプチド鎖のアミノ酸配列では、3個おきにグリシン残基（Gly）が配置する。Xはプロリン（Pro）の翻訳後修飾で生じたアミノ酸である。このコラーゲンに関する記述として、正しいのはどれか。2つ選べ。
コラーゲン単量体（ポリペプチド鎖）の三重らせん構造への集合
1
コラーゲンの三重らせん構造は、α-ヘリックスである。
—
2
Xは、ヒドロキシ化されたプロリンである。
—
3
グリシン残基が繰り返し存在することが、三重らせん構造の形成に重要である。
—
4
ビタミンCは、コラーゲン産生細胞の核内に入り、コラーゲン遺伝子の転写を促進する。
—
5
コラーゲン三量体は、細胞内の細胞骨格を構成することにより組織の強度を保つ。
—
正解です！
解説でコラーゲンの構造とビタミンCの作用点を確認しましょう。
不正解です。正解は 2、3 です。
解説でコラーゲンの構造とビタミンCの作用点を確認しましょう。
解説を見る▼
コラーゲンは、細胞外マトリックス（結合組織）を構成する代表的な線維性タンパク質で、体内タンパク質の中で最も存在量が多いことで知られています。3本のポリペプチド鎖が絡み合って形成する「三重らせん構造」が最大の特徴です。
コラーゲンの構造的特徴
・アミノ酸配列は-Gly-X-Y-の3残基繰り返しが基本で、Gly（グリシン）が3個おきに配置する
・グリシンは側鎖がH（水素）のみと非常に小さいため、3本鎖がらせんの内側できつく密着するために不可欠
・X・Y位にはプロリンやリシンが多く入り、それぞれ翻訳後修飾によりヒドロキシプロリン（Hyp）・ヒドロキシリシン（Hyl）に変換される
・この水酸化反応を触媒する酵素（プロリル水酸化酵素・リシル水酸化酵素）はビタミンCを補因子として必要とする（ビタミンC欠乏で壊血病：血管がもろくなる）
・コラーゲンの三重らせんは、通常のタンパク質の二次構造であるα-ヘリックスとは異なる、コラーゲン特有のらせん構造である
・アミノ酸配列は-Gly-X-Y-の3残基繰り返しが基本で、Gly（グリシン）が3個おきに配置する
・グリシンは側鎖がH（水素）のみと非常に小さいため、3本鎖がらせんの内側できつく密着するために不可欠
・X・Y位にはプロリンやリシンが多く入り、それぞれ翻訳後修飾によりヒドロキシプロリン（Hyp）・ヒドロキシリシン（Hyl）に変換される
・この水酸化反応を触媒する酵素（プロリル水酸化酵素・リシル水酸化酵素）はビタミンCを補因子として必要とする（ビタミンC欠乏で壊血病：血管がもろくなる）
・コラーゲンの三重らせんは、通常のタンパク質の二次構造であるα-ヘリックスとは異なる、コラーゲン特有のらせん構造である
各選択肢の解説
× 1 コラーゲンの三重らせん構造はα-ヘリックスではない。α-ヘリックスは1本のポリペプチド鎖内の水素結合による右巻きらせんだが、コラーゲンは3本の左巻きらせん鎖がさらに右巻きに絡み合う、独自の三重らせん構造である
◯ 2 Xはプロリンの翻訳後修飾（水酸化）によって生じるヒドロキシプロリンである。この水酸化反応にはビタミンCが補因子として必要となる
◯ 3 グリシンは側鎖が最も小さいアミノ酸であり、3残基ごとに繰り返し配置されることで、3本鎖がらせんの中心できつく密に折りたたまれることが可能となる。この規則的な配置が三重らせん構造の安定化に不可欠である
× 4 ビタミンCは、コラーゲン産生細胞（線維芽細胞など）の細胞質・小胞体内で、プロリル水酸化酵素・リシル水酸化酵素の補因子として翻訳後修飾（水酸化反応）に関与する。核内に入って遺伝子の転写を促進するわけではない
× 5 コラーゲン三量体は細胞外マトリックスを構成するタンパク質であり、細胞外に分泌されて線維（コラーゲン線維）を形成することで組織の強度を保つ。「細胞内の細胞骨格」を構成するのはアクチンや微小管など別のタンパク質である
× 1 コラーゲンの三重らせん構造はα-ヘリックスではない。α-ヘリックスは1本のポリペプチド鎖内の水素結合による右巻きらせんだが、コラーゲンは3本の左巻きらせん鎖がさらに右巻きに絡み合う、独自の三重らせん構造である
◯ 2 Xはプロリンの翻訳後修飾（水酸化）によって生じるヒドロキシプロリンである。この水酸化反応にはビタミンCが補因子として必要となる
◯ 3 グリシンは側鎖が最も小さいアミノ酸であり、3残基ごとに繰り返し配置されることで、3本鎖がらせんの中心できつく密に折りたたまれることが可能となる。この規則的な配置が三重らせん構造の安定化に不可欠である
× 4 ビタミンCは、コラーゲン産生細胞（線維芽細胞など）の細胞質・小胞体内で、プロリル水酸化酵素・リシル水酸化酵素の補因子として翻訳後修飾（水酸化反応）に関与する。核内に入って遺伝子の転写を促進するわけではない
× 5 コラーゲン三量体は細胞外マトリックスを構成するタンパク質であり、細胞外に分泌されて線維（コラーゲン線維）を形成することで組織の強度を保つ。「細胞内の細胞骨格」を構成するのはアクチンや微小管など別のタンパク質である
引っかけポイント：
・選択肢1：「らせん構造＝α-ヘリックス」と短絡的に結びつけないよう注意。コラーゲンの三重らせんはα-ヘリックスとは異なる特殊な構造である
・選択肢4：ビタミンCの作用点を「核内での転写促進」という一般的な核内受容体型ホルモンのイメージと混同しないよう注意。ビタミンCはあくまで酵素の補因子として働く
・選択肢5：コラーゲンは「細胞内」ではなく「細胞外」のタンパク質であることを明確に区別する
・選択肢1：「らせん構造＝α-ヘリックス」と短絡的に結びつけないよう注意。コラーゲンの三重らせんはα-ヘリックスとは異なる特殊な構造である
・選択肢4：ビタミンCの作用点を「核内での転写促進」という一般的な核内受容体型ホルモンのイメージと混同しないよう注意。ビタミンCはあくまで酵素の補因子として働く
・選択肢5：コラーゲンは「細胞内」ではなく「細胞外」のタンパク質であることを明確に区別する
臨床メモ▼
薬剤師 あおい
ビタミンC欠乏による壊血病は、コラーゲンの水酸化不足によって三重らせん構造が不安定になり、血管壁や結合組織がもろくなることで、歯肉出血や皮下出血などの症状が現れます。「なぜビタミンC不足で出血しやすくなるのか」を、コラーゲンの構造と紐づけて理解しておくと国試でも実務でも応用が利きます。
実務では、褥瘡（床ずれ）や創傷治癒の場面で、ビタミンCやタンパク質の摂取状態がコラーゲン合成・組織修復に影響することも押さえておくとよいでしょう。
