細胞と多様性の 生物学 第６回 細胞間の情報交換 和田 勝 東京医科歯科大学教養部 今回のお話の舞台 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。 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 単純脂質 複合脂質 誘導脂質 トリアシルグリセロールなどの 中性脂肪 グリセロリン脂質、 グリセロ糖脂質など 中性脂肪 H H-C-OH H-C-OH + H-C-OH H O R1-C O O R3-C O O - - H O O H-C-O-C-R1 R2-C-O-C-H H-C-O-C-R3 H O R2-C O - 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。 リン脂質（phospholipid） フォスファチド（phosphatide）とも言う H O O H-C-O-C-R1 R2-C-O-C-H O H-C-O-P-O-X H OX=コリン、セリン、エタノールアミン、 イノシトールなど フォスファチジルコリン O H R1-C-O-C-H O CH3 H-C-O-P-O-CH2-CH2-N+-CH3 R2-C-O-C-H OCH3 O H 細胞膜の主要な成分 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 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、、、 脂質の二重膜 水分子 脂質 二重膜 lipid bilayer 水分子 脂質二重膜の性質 分子の性質 例 透過性 疎水性分子 N2、O2、炭化水素 自由に透過 極性のある 小分子 極性のある 大分子 H2O、CO2、グリセロー ル、尿素 自由に透過 イオンや電荷 を持つ分子 アミノ酸、H+、HCO3-、 Na+、K+、Ca2+、Cl-、 Mg2+ ブドウ糖などの単糖類、 透過できない 二糖類 透過できない 浸透圧 １．溶媒（水） と溶媒+溶質 （水溶液）を 入れる 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 ３．時間が経 つと、両側の 濃度は同じ になる 全透膜 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 半透膜 ４．この圧力 が溶液の浸 透圧に該当 する 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 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 浸透圧溶血 高張（hypertonic） 低張（hypotonic） 等張（isotonic） 水 縮む 赤 血 球 水 変化なし 破裂 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 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。 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 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） 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。 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。 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。 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。 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 細胞間の結合 細胞は独立しているのではない 密着結合 細胞同士を 結合タンパ ク質がしっ かり繋ぎ合 わせている 密着結合 密着結合のおかげで、膜 に区画(compartment）が 生まれる。 接着結合 デスモゾーム結合 ヘミデスモゾーム結合 デスモゾームの半分が基底層のタ ンパク質と結合している ギャップ結合 ギャップ結合のおかげで、細胞 同士が電気的に結合できる。 発生における接着の役割 神経管の発生の過程では 神経管分化とカドヘリン 場所によって異なるカドヘリンタン パク質が発現する その結果、細胞のソーティングがおこる E-カドヘリンの一次構造 1 61 121 181 241 301 361 421 481 541 601 661 721 781 841 1 MGPWSRSLSA TGRQRTAYFS HHHRPPPHQA NKDKEGKVFY AVEDPMEILI AYTILSQDPE AVITVTDTND GQFVVTTNPV NEAPIFVPPE AISTRAELDR FFCERNPKPQ GDYKINLKLM LILILLLLLF EVTRNDVAPT EAASLSSLNS 11 LLLLLQVSSW LDTRFKVGTD SVSGIQAELL SITGQGADTP TVTDQNDNKP LPDKNMFTIN NPPIFNPTTY NNDGILKTAK KRVEVSEDFG EDFEHVKNST VINIIDADLP DNQNKDQVTT LRRRAVVKEP LMSVPRYLPR SESDKDQDYD 21 LCQEPEPCHP GVITVKRPLR TFPNSSPGLR PVGVFIIERE EFTQEVFKGS RNTGVISVVT KGQVPENEAN GLDFEAKQQY VGQEITSYTA YTALIIATDN PNTSPFTAEL LEVSVCDCEG LLPPEDDTRD PANPDEIGNF YLNEWGNRFK 31 GFDAESYTFT FHNPQIHFLV RQKRDWVIPP TGWLKVTEPL VMEGALPGTS TGLDRESFPT VVITTLKVTD ILHVAVTNVV QEPDTFMEQK GSPVATGTGT THGASANWTI AAGVCRKAQP NVYYYDEEGG IDENLKAADT KLADMYGGGE 41 VPRRHLERGR YAWDSTYRKF ISCPENEKGP DRERIATYTL VMEVTATDAD YTLVVQAADL ADAPNTPAWE PFEVSLTTST ITYRIWRDTA LLLILSDVND QYNDPTQESI VEAGLQIPAI GEEDQDFDLS DPTAPPYDSL DD 51 VLGRVNFEDC STKVTLNTVG FPKNLVQIKS FSHAVSSNGN DDVNTYNAAI QGEGLSTTAT AVYTILNDDG ATVTVDVLDV NWLEINPDTG NAPIPEPRTI ILKPKMALEV LGILGGILAL QLHRGLDARP LVFDYEGSGS 赤はシグナルペプチド領域、青は膜貫通部 膜貫通部はすべて非極性アミノ酸であることに注意 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 カドヘリンとアクチン カドヘリンは サイトゾール 部でカテニン を介してアク チンと結合し ている 膜タンパク質の発現により このように、細胞表面の接着・結合に 関するタンパク質が発現することに より、細胞膜の性質が変化する。 こうして細胞間での選別が行なわれ 、分化がおこる。 チャンネルと運搬タンパク質 どうして特定のイオンや物質だけを通 す選択性が生じるか、不明な点も多い ＋ K -チャンネル K＋は水和している→水和が外れて ポアに入り、フィルター部を通って抜ける スクロースポーリン Salmonella typhimurium チャンネルンパク質 電位依存型 K＋チャンネル 電位センサー 受動輸送と能動輸送 受容体タンパク質の役割 途中のまとめ ここまで、細胞の外側を包んでい る細胞膜について、いろいろなこと を学んだ。ここまでで細胞の基本的 な構造と機能を学んだ。 細胞は孤立しているのではないの で、細胞間の情報交換が必要であ る。 細胞間の情報交換 ヒトとヒトの間の情報交換の主な手 段は言語で、それぞれの単語に意味 がある。 生体では、この単語にあたるのが分 子で、ここではこれを信号分子 (signal molecule)と呼ぼう。 細胞間の情報交換 ギャップジャンクション 膜表面上分子が直接 情報分子を分泌 信号分子による情報交換 神経軸索末端から 周囲の細胞間隙へ 血液中へ ホルモンによる情報交換 細胞がホルモンによる情報を受け取ること ができるのは、そのホルモンに対する受容 体（receptor）を持つから。 標的器官（細胞）（target organ, target cell） ホルモンの分類 分泌器官による はたらきによる 化学的性質による ホルモンを 化学的性質によって分類 ●水溶性（hydrophilic） ポリペプチドホルモン、アミン系ホルモン 細胞膜を通過できない ●非水溶性（hydrophobic）、脂溶性（lipophilic） ステロイド系ホルモン、甲状腺ホルモン 細胞膜を通過できる 受容体のある場所 ポリペプチドホルモンに対しては細胞表面 ステロイドホルモンに対しては細胞質内 水溶性ホルモンの作用機構 細胞表面の受容体には ①イオンチャンネル連結型受容体（channellinked receptors） ②酵素連結型受容体（catalytic receptors） ③Ｇタンパク質連結型型受容体（G proteincoupled receptors、ＧＰＣＲ） インシュリンは②だったが、ここでは③のＧタン パク質連結型受容体について述べよう。 繁殖に関するホルモン 視床下部-脳下垂体-生殖腺系 （hypothalamo-hypophysial-ganadal axis） GnRH： ゴナドトロ ピン放出 ホルモン LH： 黄体形成 ホルモン Ｇタンパク質連結型受容体 たとえばこれまで学習したGnRHの受容体は ヒトGnRH受容体（青い部分は膜貫通ドメイン） 1 11 21 31 41 51 1 MANSASPEQN QNHCSAINNS IPLMQGNLPT LTLSGKIRVT VTFFLFLLSA TFNASFLLKL 61 QKWTQKKEKG KKLSRMKLLL KHLTLANLLE TLIVMPLDGM WNITVQWYAG ELLCKVLSYL 121 KLFSMYAPAF MMVVISLDRS LAITRPLALK SNSKVGQSMV GLAWILSSVF AGPQLYIFRM 181 IHLADSSGQT KVFSQCVTHC SFSQWWHQAF YNFFTFSCLF IIPLFIMLIC NAKIIFTLTR 241 VLHQDPHELQ LNQSKNNIPR ARLKTLKMTV AFATSFTVCW TPYYVLGIWY WFDPEMLNRL 301 SDPVNHFFFL FAFLNPCFDP LIYGYFSL ヒトGnRHは pEHWSYGLRPG-NH2 60 120 180 240 300 Ｇタンパク質連結型受容体 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 61 121 181 241 301 361 421 481 541 601 661 1 MKQRFSALQL VKVIPSQAFR NLPGLKYLSI LYGNGFEEVQ GLESIQRLIA SKQCESTVRK FLRVLIWLIN QTKGQYYNHA RHAILIMLGG IICACYIKIY VTNSKVLLVL SNCKNGFTGS 11 LKLLLLLQPP GLNEVIKIEI CNTGIRKFPD SHAFNGTTLT TSSYSLKKLP VSNKTLYSSM ILAIMGNMTV IDWQTGSGCS WLFSSLIAML FAVRNPELMA FYPINSCANP NKPSQSTLKL 21 LPRALREALC SQIDSLERIE VTKVFSSESN SLELKENVHL SRETFVNLLE LAESELSGWD LFVLLTSRYK TAGFFTVFAS PLVGVSNYMK TNKDTKIAKK FLYAIFTKTF STLHCQGTAL 31 PEPCNCVPDG ANAFDNLLNL FILEICDNLH EKMHNGAFRG ATLTYPSHCC YEYGFCLPKT LTVPRFLMCN ELSVYTLTVI VSICFPMDVE MAILIFTDFT QRDFFLLLSK LDKTRYTEC 41 ALRCPGPTAG SEILIQNTKN ITTIPGNAFQ ATGPKTLDIS AFRNLPTKEQ PRCAPEPDAF LSFADFCMGL TLERWHTITY TTLSQVYILT CMAPISFFAI FGCCKRRAEL 51 LTRLSLAYLP LRYIEPGAFI GMNNESVTLK STKLQALPSY NFSHSISENF NPCEDIMGYD YLLLIASVDS AIHLDQKLRL ILILNVVAFF SAAFKVPLIT YRRKDFSAYT 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 Ｇタンパク質連結型受容体 ７個の膜貫通ドメインをもつ Ｇタンパク質連結型受容体 Ｇタンパク質連結型受容体 活性化したＧタンパク質は、標的酵素である アデニル酸シクラーゼを活性化 活性化したアデニル酸シクラーゼはＡＴＰから 環状アデノシンモノリン酸（cAMP）を生成 Ｇタンパク質連結型受容体 cAMPは細胞質中にあるcAMP依存性タンパク質 キナーゼ（Aキナーゼ）と結合して、この酵素を 活性化する Aキナーゼは標的酵素をリン酸化して、その酵素 を活性化する 活性化された酵素は次の酵素を活性化 多段階カスケード反応によって増幅される Ｇタンパク質連結型受容体 ホルモン （アドレ ナリン） Ｇタンパク質連結型受容体２ 連結するＧタンパク質が異なる場合もある 脂溶性ホルモンの作用機構 脂溶性ホルモンの作用機構 ステロイドホルモンのかたち テストステロン（Ball & Stick model） 赤：酸素、灰色：炭素、白：水素 右はテストステロン分子を横から見たもの 脂溶性ホルモンの作用機構 ラットアンドロジェン受容体(青い部分はDNA結合ドメイン、 赤い部分はホルモン結合ドメイン) 1 61 121 181 241 301 361 421 481 541 601 661 721 781 841 901 1 MEVQLGLGRV SPRRRRRQQH GKGLPQQPPA QQQQQQQQQQ VSMGLGVEAL ETAEYSSFKG YNFPLALSGP GSPPATASSS ASEVWYPGGV TCLICGDEAS KCYEAGMTLG EAIEPGVVCA QYSWMGLMVF QITPQEFLCM QLTKLLDSVQ TQ 11 YPRPPSKTYR PEDGSPQAHI PPDQDDSAAP QQQQQEVISE EHLSPGEQLR GYAKGLEGES PHPPPPTHPH WHTLFTAEEG VNRVPYPSPS GCHYGALTCG ARKLKKLGNL GHDNNQPDSF AMGWRSFTNV KALLLFSIIP PIARELHQFT 21 GAFQNLFQSV RGTTGYLALE STLSLLGPTF GSSSVRAREA GDCMYASLLG LGCSGSSEAG ARIKLENPSD QLYGPGGGGG CVKSEMGPWM SCKVFFKRAA KLQEEGENSS AALLSSLNEL NSRMLYFAPD VDGLKNQKFF FDLLIKSHMV 31 REAIQNPGPR EEQQPSQQQS PGLSSCSADI TGAPSSSKDS GPPAVRPTPC SSGTLEIPSS YGSAWAAAAA SSSPSDAGPV ENYSGPYGDM EGKQKYLCAS AGSPTEDPSQ GERQLVHVVK LVFNEYRMHK DELRMNYIKE SVDFPEMMAE 41 HPEAASIAPP ASEGHPESGC KDILSEAGTM YLGGNSTISD APLAECKGLS LSLYKSGAVD QCRYGDLASL APYGYTRPPQ RLDSTRDHVL RNDCTIDKFR KMTVSHIEGY WAKALPGFRN SRMYSQCVRM LDRIIACKRK IISVQVPKIL 51 GACLQQRQET LPEPGAATAP QLLQQQQQQQ SAKELCKAVS LDEGPGKGTE EAAAYQNRDY HGGSVAGPST GLASQEGDFS PIDYYFPPQK RKNCPSCRLR ECQPIFLNVL LHVDDQMAVI RHLSQEFGWL NPTSCSRRFY SGKVKPIYFH 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 脂溶性ホルモンの作用機構 ラットアンドロジェン受容体のホルモン 結合部分の構造模型 細胞質受容体 スーパーファミリー DNAとタンパク質の相互作用 DNAとタンパク質の相互作用 結合する タンパク質 水素 結合 DNAとタンパク質の相互作用 ホメオドメイン タンパク質 ジンク フィンガー ロイシン ジッパー 脂溶性ホルモンの作用機構 Ｚｎフィンガー ホルモン応答エレメント（HRE) ５’-AGGTCAnnnTGACCT-３’ 脂溶性ホルモンの作用機構 ステロイドホルモンが受容体に結合 HspがはずれてDNA結合部位が露出 ニ量体となってDNAのHREに結合 下流の遺伝子の転写を促進 タンパク質合成 信号分子による情報 このように、信号分子が外から働き かけることにより、細胞内の代謝経 路が動き出したり、変化が起こる。 あるいは、信号分子が細胞内へ入り 、新しくタンパク合成を誘導して細胞 の性質を変える。
© Copyright 2024 ExpyDoc
