一次構造（いちじこうぞう、primary structure）とは生化学において、生体分子の特定の単位とそれらをつなぐ化学結合の正確な配置のことである。DNA、RNAや典型的な細胞内タンパク質のように、分岐や交差のない典型的な生体高分子においては、一次構造は核酸やアミノ酸といった単量体の配列と同義である。「一次構造」という言葉は、1951年にリンダーストロム・ラングによって初めて用いられた。一次構造はしばしば一次配列と間違われるが、二次配列、三次配列という概念がないように、このような用語は存在しない。
目次
1 ポリペプチドの一次構造
2 一次構造の修飾
3 タンパク質一次構造の歴史
4 二次構造、三次構造との関係
5 他の分子の一次構造
6 関連項目
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通常ポリペプチドには分岐がないため、一次構造はアミノ酸の配列と一致する。しかしタンパク質はジスルフィド結合などで交差しうるため、交差点のアミノ酸（この場合はシステイン）を明示する必要がある。その他の交差にはデスモシンなどがある。
ポリペプチド鎖中のキラル中心はラセミ化している。特にタンパク質中に見られるLアミノ酸は、ほとんどのプロテアーゼで切ることのできないDアミノ酸に自発的に異性化する。
最終的に、タンパク質は様々な翻訳後修飾を受ける。これらを以下に簡潔に述べる。
ポリペプチド鎖のN末端のアミノ酸は以下のような修飾基と共有結合している。
アセチル化 ? C( = O) ? CH3
N末端アミノ酸の正電荷はアセチル基に置換することで消失する。
ホルミル化 ? C( = O)H
翻訳後のN末端メチオニンは常にホルミル基でブロックされている。ホルミル基（グリシンかセリンに繋がっている場合はメチオニン残基自体）は、デホルミラーゼという酵素によって除去される。
ピログルタミン酸化
N末端のグルタミンは自己環化し、環状のピログルタミン酸基を生じる。
ミリストイル化
アセチル化と似ているが、メチル基の代わりに14の疎水性炭素鎖からなる尾部を持つ。これにより、タンパク質は細胞膜に固定される。
ポリペプチド鎖のC末端のカルボキシル基も以下のような修飾基と共有結合している。
アミド化
C末端でも、アミド基が付加すると負電荷が打ち消される。
グリコシルホスファチジルイノシトール（GPI）付加
グリコシルホスファチジルイノシトールは大きな疎水性のリン脂質であり、タンパク質を細胞膜上に繋ぎとめる。この基はC末端にアミド、エタノールアミン、種々の糖、ある種のリン脂質を介して結合する。
最終的にペプチドの側鎖は次のような共有結合で修飾される。
リン酸化
切断以外では、リン酸化が最も重要なタンパク質の化学的修飾かもしれない。リン酸基はセリン、トレオニン、チロシン残基の水酸基に結合して負電荷を与え、非天然アミノ酸にする。この反応はキナーゼによって触媒され、逆反応はホスホリラーゼによって触媒される。セリンやスレオニンは構造変化を起こしてしまうため、リン酸化チロシンはよくタンパク質同士を負電荷により接着する道具として使われる。リン酸化されたセリンやスレオニンの効果は、その部分をグルタミン酸に置換することで確かめられる。
糖鎖付加
糖がセリン、スレオニンの水酸基、あるいはアスパラギン酸のアミド基に付加する。糖の付加には、溶解度の増加から複雑な認識まで様々な機能がある。糖鎖の付加はツニカマイシンなどの阻害剤で阻害できる。
脱アミド化
この修飾ではアスパラギンやアスパラギン酸の側鎖がスクシンイミド中間体を作る。中間体が加水分解されるとアスパラギン酸かβアミノ酸のイソアスパラギンができる。どちらにしてもアスパラギンからアミド基が失われるため、「脱アミド化」という。
水酸化
プロリン残基は2か所で、リシンは1か所で水酸化されうる。ヒドロキシプロリンはコラーゲンを安定化される主要成分である。水酸化はアスコルビン酸を必要とする酵素によって触媒されており、これが不足すると壊血病など関節組織の障害を引き起こす。
メチル化
いくつかの残基はメチル化されるが、最も顕著なのはリシンとアルギニンの側鎖である。