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和田　勝

特論 B 細胞の生物学. 第８回　タンパク質の多様な働き（再）. 和田　勝. 東京医科歯科大学教養部. 種類. 役割. 例. 構造タンパク質. 支持. コラーゲンやエラスティンのように組織の形を保つ。ケラチンのように毛髪や爪をつくる. 貯蔵タンパク質. アミノ酸の貯蔵. 卵白のオボアルブミンやミルクタンパク質のカゼイン. 運搬タンパク質. 物質の運搬. ヘモグロビンは酸素を運搬. ホルモンタンパク質. ホルモンとして生体の調節. インシュリンのようにホルモンとしてはたらく. 受容体タンパク質. 信号分子を受取る.

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Presentation Transcript

  1. 特論B 細胞の生物学 第８回　タンパク質の多様な働き（再） 和田　勝 東京医科歯科大学教養部

  2. 種類 役割 例 構造タンパク質 支持 コラーゲンやエラスティンのように組織の形を保つ。ケラチンのように毛髪や爪をつくる 貯蔵タンパク質 アミノ酸の貯蔵 卵白のオボアルブミンやミルクタンパク質のカゼイン 運搬タンパク質 物質の運搬 ヘモグロビンは酸素を運搬 ホルモンタンパク質 ホルモンとして生体の調節 インシュリンのようにホルモンとしてはたらく 受容体タンパク質 信号分子を受取る ホルモンなどの信号分子と結合して信号を細胞に伝える 収縮タンパク質 細胞運動 アクチンとミオシンは筋収縮を担うタンパク質 防御タンパク質 病気から生体を防御 抗体は細菌やウイルスに対抗する 酵素タンパク質 化学反応を選択的に促進 消化酵素は食物を分解。細胞内のあらゆる化学反応を触媒する タンパク質のはたらき

  3. 別のホルモンの例 ここでは、インスリンとは別のホルモンの例として、脳下垂体から分泌される生殖腺刺激ホルモンを挙げてみよう。 黄体形成ホルモン（LH）と卵胞刺激ホルモン（FSH）である。

  4. LHとFSH LHとFSHはどちらも、αとβと呼ぶ１本づつのポリペプチド鎖からなる分子量およそ３万の二量体（ダイマー）である。 αは共通、βだけが異なる。 糖鎖をもつ（糖タンパク質）。

  5. LHとFSH α鎖とβ鎖とをコードする遺伝子は別々の染色体上に位置している。 別々に転写されて翻訳され、粗面小胞体の腔所でアセンブルされる。 ヒトではα鎖の遺伝子は第6染色体、FSHのβ鎖は第11染色体、LHのβ鎖は第19染色体上に遺伝子がある。

  6. LH（luteinizing hormone） グリコプロテインホルモン共通α鎖 1 11 21 31 41 51 1 MDYYRKYAAI FLVTLSVFLH VLHSAPDVQD CPECTLQENP FFSQPGAPIL QCMGCCFSRA 60 61 YPTPLRSKKT MLVQKNVTSE STCCVAKSYN RVTVMGGFKV ENHTACHCST CYYHKS LHβ鎖 1 11 21 31 41 51 1 MEMLQGLLLL LLLSMGGAWA SREPLRPWCH PINAILAVEK EGCPVCITVN TTICAGYCPT 60 61 MMRVLQAVLP PLPQVVCTYR DVRFESIRLP GCPRGVDPVV SFPVALSCRC GPCRRSTSDC 120 121 GGPKDHPLTC DHPQLSGLLF L

  7. LH（luteinizing hormone） グリコプロテイン共通α鎖 ＋ LHβ鎖

  8. LH（luteinizing hormone）

  9. LH受容体 LHの受容体は ヒトＬＨ受容体（赤い部分はシグナルペプチド、 　　青い部分は膜貫通ドメイン） 1 11 21 31 41 51 1 MKQRFSALQL LKLLLLLQPP LPRALREALC PEPCNCVPDG ALRCPGPTAG LTRLSLAYLP 60 61 VKVIPSQAFR GLNEVIKIEI SQIDSLERIE ANAFDNLLNL SEILIQNTKN LRYIEPGAFI 120 121 NLPGLKYLSI CNTGIRKFPD VTKVFSSESN FILEICDNLH ITTIPGNAFQ GMNNESVTLK 180 181 LYGNGFEEVQ SHAFNGTTLT SLELKENVHL EKMHNGAFRG ATGPKTLDISSTKLQALPSY 240 241 GLESIQRLIA TSSYSLKKLP SRETFVNLLE ATLTYPSHCC AFRNLPTKEQ NFSHSISENF 300 301 SKQCESTVRK VSNKTLYSSM LAESELSGWD YEYGFCLPKT PRCAPEPDAF NPCEDIMGYD 360 361 FLRVLIWLINILAIMGNMTVLFVLLTSRYK LTVPRFLMCN LSFADFCMGLYLLLIASVDS 420 421 QTKGQYYNHA IDWQTGSGCSTAGFFTVFAS ELSVYTLTVITLERWHTITY AIHLDQKLRL 480 481 RHAILIMLGG WLFSSLIAMLPLVGVSNYMK VSICFPMDVE TTLSQVYILTILILNVVAFF540 541 IICACYIKIY FAVRNPELMA TNKDTKIAKK MAILIFTDFTCMAPISFFAISAAFKVPLIT 600 601 VTNSKVLLVL FYPINSCANPFLYAIFTKTF QRDFFLLLSK FGCCKRRAEL YRRKDFSAYT 660 661 SNCKNGFTGS NKPSQSTLKL STLHCQGTAL LDKTRYTEC 緑色の部分（細胞外へ突き出た領域の一部）の構造は、、、

  10. LH受容体 受容体の一部（細胞の外へ出る部分）

  11. LH受容体とリガンドの結合

  12. LH受容体とリガンドの結合

  13. 受容体にホルモンが結合、、 情報が細胞の 中に伝えられる

  14. ステロイドホルモン生合成 代謝経路を進める酵素を活性化して、合成を進める。

  15. 代謝経路の調節 これと同じようなことが、解糖系でも起こっている。 肝臓での解糖系の調節は、グルカゴン（抑制）と、インシュリン(促進）による。 この調節と、グリコーゲンへの貯蔵の調節（グルカゴンは分解、インシュリンは合成をそれぞれ促進）することで血糖量の調節を行う。

  16. 細胞膜

  17. 細胞膜 脂質の二重膜（lipid bilayer）である。

  18. 細胞膜の構造 電子顕微鏡で観察すると、上の写真のように二重の膜である。

  19. 細胞膜の構成要素 脂質とタンパク質から構成される。 脂質は以下のように分類できる トリアシルグリセロールなどの中性脂肪 単純脂質 複合脂質 グリセロリン脂質、グリセロ糖脂質など 誘導脂質

  20. H H-C-OH H-C-OH H-C-OH H O R1-C O- O R2-C O- O R3-C O- HO O H-C-O-C-R1 R2-C-O-C-H H-C-O-C-R3 H O 中性脂肪 + Rは長い 炭化水素 の鎖。途中に二重結合を含むこともある。

  21. HO O H-C-O-C-R1 R2-C-O-C-H O H-C-O-P-O-X H O- リン脂質（phospholipid） フォスファチド（phosphatide）とも言う X=コリン、セリン、エタノールアミン、 　　イノシトールなど

  22. OH R1-C-O-C-H OCH3 H-C-O-P-O-CH2-CH2-N+-CH3 R2-C-O-C-H O-CH3 OH フォスファチジルコリン 細胞膜の主要な成分

  23. フォスファチジルコリン 頭部 極性 尾部 非極性 のように簡単にあらわすことができる

  24. フォスファチジルコリンを フォスファチジルコリンをぎっしり並べると、、、

  25. 水分子 水分子 脂質の二重膜 脂質 二重膜 lipid bilayer

  26. 脂質二重膜の性質

  27. 浸透圧 １．溶媒（水）と溶媒+溶質（水溶液）を入れる ３．時間が経つと、両側の濃度は同じになる ２．水も溶質も自由に行き来できるので、溶質は拡散によってしだいに左側へ移動 全透膜

  28. 浸透圧 ３．半透膜にかかる圧力と水の移動しようとする力がつりあう １．水と水溶液を入れる ２．水は半透膜を通って移動できるが溶質はできない ４．この圧力が溶液の浸透圧に該当する 半透膜

  29. 浸透圧 この圧力をかけておけば、浸透はおこらない 半透膜

  30. 脂質二重膜の性質 水のような溶媒分子は自由に通すが溶質は通さない膜を、半透膜 （semipermeable membrane）という。 浸透圧溶血（hemolysis）は、赤血球膜のこのような性質で説明できる。 溶血の原因は、この他免疫性溶血や毒素などによる溶血など、多岐にわたる

  31. 赤血球 水 水 浸透圧溶血 高張（hypertonic） 低張（hypotonic） 等張（isotonic） 破裂 縮む 変化なし

  32. 選択透過性 しかしながら、半透膜の性質だけでは細胞は生きていけない。 細胞の活動にとって必要なグルコースの取り込み、タンパク質合成の原料となるアミノ酸の取り込みなど。 そのための通り道が、タンパク質でつくられている。その結果、選択透過性（selective permeability）が生じる

  33. 膜タンパク質 細胞膜に埋め込まれたタンパク質を、とくに膜タンパク質と呼ぶ。 膜タンパク質の膜貫通部はαヘリックス構造で、脂質二重膜と接する部分の側鎖は疎水性。 αヘリックス構造が何本か束ねられた構造をとる場合が多い。

  34. 脂質二重膜とタンパク質 親水部 αヘリックス 疎水部 親水部

  35. 細胞膜のモデル 脂質二重膜に膜タンパク質が浮かんでいる（流動モザイクモデル）

  36. 細胞膜のモデル 膜タンパク質の性質によって、細胞膜の性質が決まる。 脂質二重膜は海のようなもので、タンパク質は氷山のように浮かんでいて、動くことができる。

  37. 細胞膜のモデル 膜タンパク質には、貫通型、表在型、一部埋め込み型がある。 アクチンフィラメントは、表在型タンパク質を介して貫通型タンパク質と結合できる。 膜タンパク質の外に面した部分からは、糖鎖が出ていることが多い。

  38. 細胞膜のモデル 脂質二重膜が流動性を示すのは、脂質分子が移動できるからである。 コレステロールが埋め込まれると、膜の流動性が減少する。 グリセロリン脂質以外にも、細胞膜を構成する脂質がある（セラミドなど）が今は省略する。

  39. 細胞内顆粒の分泌 開口分泌（exocytosis）は、顆粒膜と細胞膜の融合による。膜タンパク質も 食細胞運動（phagocytosis）はこの過程の逆で、大きな物質はこうして細胞内に取り込まれる。

  40. 貫通型膜タンパク質の種類 １．細胞間の接着・結合に関するもの ２．チャンネルタンパク質 ３．運搬タンパク質 　　エネルギーを必要としない場合と 　　必要な場合がある ４．受容体タンパク質

  41. 細胞膜を通過させる カリウムイオン この穴を通って

  42. K+チャンネルのゲート構造

  43. 細胞膜を通過させる グルコース 実際にはこれは、グリセロール-3-リン酸トランスポーター

  44. グルコーストランスポーター 何種類かあり、臓器特異性がある。 そのうちのひとつは、インシュリン感受性のトランスポーターで、肝臓で発現している。

  45. 細胞膜を通過させる グルコース 血中のグルコースを取り込み、血糖値を下げる。

  46. チャネルとトランスポーター チャネルとトランスポーターの働きの違いは、タンパク質の構造の違いによる。

  47. 膜タンパク質が、 こうした膜タンパク質の働きで、細胞外からの情報を受け取り、細胞内へ必要な物質を取り込んでいる。

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