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生物学 第４回 多様な細胞の形と働きは タンパク質のおかげ 和田 勝 1 次へ移る前に 小テストをしましょう。教科書とノート を閉じてください。教科書とノートを 見ないで、次のスライドの問いに答 えて、該当する番号のマークを塗り つぶしてください。15問あります。 小テスト（図の番号に該当する名称を語群から選んで 番号で答えなさい） １）アクチン繊維 ２）ゴルジ装置（体） ３）ミトコンドリア ４）リボソーム ５）核 ６）核小体 ７）核膜 ８）細胞膜 ９）粗面小胞体 10）微小管 3 マークシートの11番以降に、正しいと思う答えの番号を塗りつ ぶしてください。 11）正しいのはどれ？ 1. 2. 3. 4. 5. これは葉緑体で矢印はチラコイド これはミトコンドリアで矢印はクリステ これはゴルジ装置で矢印は中間槽 これは小胞体で矢印は粗面小胞体 これは核で矢印は核膜 4 12）次の構造の内で細胞内の運動に関係ある構造は どれ？ 1. 2. 3. 4. 5. ゴルジ装置 小胞体 ミトコンドリア 中間徑繊維 微小管 13）動物細胞の細胞表面にある膜タンパク質には糖 鎖が付加されているが、これらのタンパク質は_______ で合成され、_______内で糖鎖が付加される。 1. 2. 3. 4. 5. ミトコンドリアのリボソーム；滑面小胞体 サイトゾールのリボソーム；細胞膜 サイトゾールのリボソーム；滑面小胞体 ゴルジ装置；粗面小胞体 粗面小胞体；ゴルジ装置 14）次の細胞小器官のうちでエネルギー変換に関係 あるものは？ 1. 2. 3. 4. 5. リソソーム 液胞 葉緑体 ミトコンドリア 3と4 15）9:3:3:1 の比が得られるのは、 1. 2. 3. 4. 5. 二遺伝子の交配で遺伝子は連鎖している場合 二遺伝子の交配で遺伝子は別の染色体に載っている場合 一遺伝子の交配で優性と劣性が明確でない場合 上のいずれの場合でも起こる 上のいずれの場合も起こらない 小テストは これでおしまいです。 細胞の形 たとえば膵臓で、膵液中の酵素をつく る細胞はこんな形をしていました。 8 電子顕微鏡像 9 細胞の形 網膜にある光感受細 胞は、右図のような 構造をしています。 10 細胞の形と働きは タンパク質によって決まります。 膵臓の細胞は、消化酵素タンパク質 をつくるように特化しています。 一方の網膜の光受容細胞は、光を感 じるタンパク質、ロドプシンをつくって 光を感じるように特化しています。 11 細胞の形と働きを 理解するためには、細胞でどのよう にして特定のタンパク質が作られて いるかを理解する必要があります。 まず最初におさえておく点は、一般的 な細胞の形と働き。これは前回お話 しましたね。 12 サイトゾール 細胞小器官が浮かんでいる液体部 分をサイトゾール（cytosol）と言いま 13 す。 特に重要な細胞小器官は これからのお話に特に関係する細 胞小器官は、核、リボソームと粗面 小胞体、ゴルジ装置です。 14 細胞膜 タンパク質 脂質の二重膜（lipid bilayer）である。 15 生体を構成する主な元素 生体を構成する主な元素*は、 炭素（C）、酸素（O）、水素（H）、窒 素（N）、リン（P）、イオウ（S） です。これらの原子から生体を構成す る分子ができています。 *原子とほぼ同じ意味ですが、原子というのは実体の ある粒子を意味し、元素は種類を区別するために使 う名称です 16 生体を構成する主な分子 生体を構成する主な分子は、 １）タンパク質 ２）脂質 ３）炭水化物 ４）核酸 です。すべて（生体）高分子で、基本 的な単位（単量体、モノマー）がつなぎ 合わさってできています。 17 生体を構成する主な分子 脂質を除いて、生体高分子はそれぞ れ単位となるモノマーが重合してでき ています。 １）タンパク質 ２）脂質 ３）炭水化物 ４）核酸 18 ←アミノ酸 ←脂肪酸と グリセロール ←単糖類 ←ヌクレオチド 生体を構成する主な分子 19 生体を構成する主な分子 20 原子間の結合 化学の復習です。原子間の結合には 次の2つがあることをこれまで学びまし たよね。 共有結合（covalent bonds） イオン結合（ionic bonds） 次に述べる水分子は、酸素原子と水 素原子が共有結合した分子です。 21 水分子 高分子のお話をする前に、まずサイト ゾールの主成分である「水」について よく理解しておくことが必要です。 「水」は溶媒として非常に特異的で、 優れた性質を有しています。これは水 分子の形によって決まるのです。 22 水分子 分子にも形があります。水分子は次 のような構造をしています。 23 水の性質 水はH2O 電荷の偏りがある 24 水の性質 そのため２個の水分子が近づくと H＋-O－---H＋-O－-H＋ このような 結合を水素 結合といい ます。 水分子同士の水素結合のために、分子量が小さいにもか かわらず水はきわめて粘性が高く、また沸点も氷点も高い という性質がうまれます。 25 水 液体の水は、この水分子の集まりです 。ものすごくたくさんの数です。１リット ルの水は、およそ3.4ｘ1025個の分子の 集まりです。 26 水の三態 気体 （水蒸気） 液体 27 固体 （氷） 水は たいていの場合、下のように書くのは 煩雑なので、省略されています。前回 に出てきたサイトゾールは本当はこん な感じなの です。 28 水の性質 タンパク質のような大きな分子も 水が周りを包んで（水和という）、 溶かすことがます。 29 生体を構成する主な分子 １）タンパク質＝アミノ酸 Ｘ ｎ個 ４）核 酸＝ヌクレオチド Ｘ ｎ個 アミノ酸は20種類あります。 R NH2-C-COOH H R（側鎖）が20種類あるということで、赤 い部分はすべてのアミノ酸で同じです。 30 アミノ酸は20種類 R O NH2-C-C H OH 一番、単純な アミノ酸はグリ シンで、RはH です。 H O NH2-C-C H OH 31 アミノ酸は20種類 ロイシンは、次のような形をしていま す。Rは-CH2-CH(CH3)2です。 CH3 CH3 CH HCH O NH2-C-C H OH 32 アミノ酸は20種類 アルギニンは、次のような形をしてい ます。Rは-CH2-CH2-CH2-NH-C-（ NH) -(NH2)です。 H N NH 2 33 C NH HCH HCH HCH O NH2-C-C H OH アミノ酸は20種類 Rの部分は、大きさと、水となじみが あるか(水素結合を作れるか、親水性 といいます）、水とはなじみが悪いか（ なるべく水から遠ざかろうとする、疎 水性）の性質の組み合わさったもの が20種類あるということです。 20種類あるたくさんのビーズに糸を 通したものがタンパク質だと考えてみ てもいいでしょう。 34 アミノ酸は20種類 これが 20種類 のビー ズ 四角で 囲んだ 部分は 共通 35 タンパク質 タンパク質はたくさんのアミノ酸が つながったもの（ポリマー） アミノ酸は脱水縮合 で鎖のようにつながる。 まずは2つを例に。 ペプチド結合といい ます。 H2O 36 アミノ酸2つなので、こ れをジペプチドと呼び ます。 タンパク質（アミノ酸4つ） Ｎ末端 Ｃ末端 これはテトラペプチドの場合。タンパク質 （ポリペプチド）は37 たくさんのアミノ酸。 タンパク質（アミノ酸たくさん） NH2- -COOH Ｎ末端 Ｃ末端 水色系＝親水性 緑 系＝疎水性 38 タンパク質 アミノ酸の並び方（配列、sequence）を タンパク質の一次構造といいます。 それでは二次構造は？ ペプチド結合を作っている＞C=Oと ＞NHの間に水素結合ができ、部分 的に規則的な繰り返し構造が生じま す。これを二次構造といいます。 39 タンパク質の二次構造 αヘリックス構造 40 タンパク質の二次構造 βシート構造 41 タンパク質の高次構造 タンパク質は、この２つの二次構造の 組み合わせで構成されています。 たとえば、酵素タンパク質であるリゾ チームは、次のような構造をしていま す。 42 タンパク質の高次構造 Ball and stick模型 空間充填模型 α-helix and β-sheet模型 卵白リゾチーム 43 タンパク質のはたらき タンパク質の表面にある、このよう な凹凸が、様々な機能を生み出す のです。 生体の機能は、基本的にすべて、 タンパク質分子が担っています。 44 タンパク質を描く David S. Goodsellのサイトを見ると サイズの感覚 46 サイズの感覚 20 mm 2 mm 0.2 mm 20 mm 2 mm 0.2 mm 20 nm 2 nm 0.2 nm 47 サイズの感覚 48 DNAからタンパク質へ DNAの遺伝情報をもとに、タンパク質 がどのように作られるか、もう少し詳し いお話は、次週に続きます。 49