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第8回
翻訳復習
細胞内でのタンパク質配送
リボソームには2種類
free poly(ribo)somesとmembrane bound
ribosomes(粗面小胞体に付いている)
リボソームがくっついていて表面がでこぼこして見えるので粗面という！
だけどリボソームは違わない
• どこが違うかというとmRNAが違う！
• もっと詳しく言うと、それから作られるタンパク
質のN-末端に特殊な信号部分がある。
• シグナル配列！！
まずこちら
膜を透過する、小胞が
移動する、各ステップで
ATP/GTPが必要
先週のプリント④
核膜
低分子物質（一部蛋白
質を含む）にとって核内
＝細胞質
ミトコンドリア・葉緑体の
外側の膜も、大腸菌外
膜と同様孔が多数
まずは、映像を
0Protein Sorting.mov
1Protein Secretion.mov
3Synthesis Secreted Proteins.mov
以上アニメーション
2SecVesicle.mov
小胞体(ER)膜についているPoly(ribo)some
ペプチドは合成されながら、ほどけた状態で通過する
ところてん式に！
N-末端に送り状＝郵便番号
主なシグナル配列
• ER:疎水性配列（膜貫通領域α-helix相当）
• Mitochondria:両親媒性α-helix （片側は疎水性，片側
は塩基性アミノ酸が多い[Arg, Lys]）
• 葉緑体・プラスチド：水酸基を持つアミノ酸（Ser,
Thr）が多い
• 核* （ターゲティング配列の場所はいろいろ）
• ペルオキシソーム* (C-末端もある)
• 何もなければ，細胞質（その後C末端の信号により膜へ組み込ま
れるものもある）
*この二箇所の行き先へは，ほぼできあがった(folded)タンパク質が入る。その他
は，翻訳と同時(ER)か，合成後ほどけた形(unfolded form)で輸送される
Endoplasmic reticulum 小胞体
＝ER
滑面小胞体 smooth ER 粗面小胞体Rough ER
主に脂質合成・代謝
タンパク質合成
ERは、細胞を破壊したときのMicrosome画
分の主成分
N-末端に送り状＝郵便番号
主なシグナル配列
• ER:疎水性配列（膜貫通領域α-helix相当）
• Mitochondria:両親媒性α-helix （片側は疎水性，片側
は塩基性アミノ酸が多い[Arg, Lys]）
• 葉緑体・プラスチド：水酸基を持つアミノ酸（Ser,
Thr）が多い
• 核* （ターゲティング配列の場所はいろいろ）
• ペルオキシソーム* (C-末端もある)
• 何もなければ，細胞質（その後C末端の信号により膜へ組み込ま
れるものもある）
*この二箇所の行き先へは，ほぼできあがった(folded)タンパク質が入る。その他
は，翻訳と同時(ER)か，合成後ほどけた形(unfolded form)で輸送される
最初のターゲティング
NCBI books
リボソーム
翻訳一時停止
緑・薄緑の分子は
GTPase
翻訳再開
Signal recognition particle
シグナルを認識結合するリセプタ・タンパク質
緑と薄緑SRP & SRP receptor (SR)
SRP: Signal recognition particle (タンパク質＋RNA)
タンパク質が正しい形になるのにもATP!!
Signal
Recognition
Particle
(SRP)
RNAを含む。その
意味でRibosome
と似ている。
L字型RNA分子
RibosomeのExit tunnel
RibosomeとSRP
Crossing membranes. (A) A bacterial
SecY monomer is shown in a top view as
a ribbon model [from (4)] (left), and
redrawn as a contour model (blue) (right).
The contour model shows a polypeptide
chain (orange) in the proposed pore
during translocation and the signal
sequence (red) of the polypeptide in the
lateral gate and then released (black
arrow) to the lipid bilayer. (B) (Left) SecA
(green) mediates translocation of a newly
synthesized secretory protein (orange) by
the monomeric SecY complex (blue)
across the bacterial plasma membrane.
(Right) The eukaryotic PCC, Sec61 (blue),
associated with a ribosome (green) is
shown. Top and side views of the SecY
complex were redrawn from (4). The
ribosome with an attached proteinconducting channel in the side and top
view was redrawn from (9).
Science 303: 320-322, 2004
ag
Hydrophobic amino-acid side
chains are in green, acidic
groups in red, basic groups in
blue, and other atoms in grey;
細菌の蛋白質輸送機構と基本的には同じ
Bacterial and ER translocons Nature 427, 24 - 26 (01 January 2004)
小胞体(ER)膜についているPoly(ribo)some
ペプチドは合成されながら、ほどけた状態で通過する
ところてん式に！
小胞輸送
Vesicle trafficking
Vesicle flow
小胞体（rough ER）
→ゴルジ体→多数
の目的地
ER – Golgi – 細胞膜
小胞Vesicleの出
芽・移動・融合
細胞内に小胞の流れ
がある
ER（ポスト）
↓
Golgi（郵便局：仕分け）
↓
沢山の行き先
郵便物の郵便番号を見て仕分
けするように
「分子細胞生物学」
東京化学同人
ゴルジ体！
「分子細胞生物学」
東京化学同人
「分子細胞生物学」
東京化学同人
食作用と分泌作用
Endocytosis & Exocytosis
小胞の 細胞膜からの出芽
細胞膜への融合
「細胞の分子生物学」
ニュートンプレス
供与側の膜から出芽して標的膜へ
「細胞の分子生物学」
ニュートンプレス
1. 出芽（コート被覆が関わる）, 2. 脱コート/ター
ゲッティング, 3. 繋留そして 4. 融合
Cargoの選択がある
かどうかが大問題
細胞内輸送がわかる
「小胞体-ゴルジ体間輸送」
細胞内の構造・分子を移動させるモー
ター分子がある（リニアモーター）
赤・青の
ATPのエネルギーを利用
コート被覆
構造あり
「細胞の分子生物学」
ニュートンプレス
ゴルジ体から小胞体への逆行性輸送
間違って行き過ぎたものを戻す！
赤・青の
コート被覆
構造あり
「細胞の分子生物学」
ニュートンプレス
Secretory pathway
被覆構造コートで区別される
３種類のCoat
Clathrin coat
ほかの二つは寿命が短かく、特徴的な構造
がないので、最近になって発見された
36 Triskelion
の構造
COPII and
Clathrin
cages
膜融合を行うタンパク質
Coiled-coilが膜を接着させ、融合させる
熱に不安定な蛍光タンパク質を発現
39.5℃ではERにとどまる
10℃にすると、foldingしてExit siteに集まる（温度が低
いのでGolgiへは移行しにくい）
20℃ではGolgiへ
Movie
Golgi!
行き過ぎたのは戻される
V-ATPase making low lumen pH
KDEL receptorがこの環境で相手を認識・結合
ERへ戻る
動物は小
胞を運ぶ、
植物は
Golgiを運
んで集め
て回る？
=TGN
Golgiでの糖鎖修飾
Golgi
糖鎖修飾と積荷の選別
ステーション
細胞内に小胞の流
れがある
ER（ポスト）
↓
Golgi（郵便局：仕分
け）
↓
沢山の行き先
郵便物の郵便番号を見て仕分
けするように
行き先1
分泌
Secretion=
細胞外へ
実
例
Annual Review of Neuroscience 27: 509-547, 2004
THE SYNAPTIC VESICLE CYCLE by Thomas C. Südhof
Insulin secretion
Mast Cells secreting Histamine
分泌が誘導される
用意されていた小胞が細胞膜に融合＝シナプスと同様
アレルギー反応！
胃酸分泌
逆方向もある、面積が増え
たら元に戻す。細胞外の
物質を飲み込む。
飲食作用
Endocytosis
Phagocytosis
Pinocytosis
Endocytosis
Phagocytosis by a Macrophage and a Neutrophill
From clathrin-coated pit to a coated vesicle
血清リポタンパク質（悪いコレステロール）を細胞内に取り
込む！！
細胞膜にリセプタ。細胞質側表面にコート。
コラーゲン繊維でできた腱
この一つ一つを細
胞内で輸送
G-X(P)-Y(HyP)の繰り返しからなるコラーゲン分
子の左巻き３重らせん 〜200 nm
結合組織
主にFibroblast繊維芽細胞が作る
線維芽細胞 Fibroblasts
核（赤），MT (黄)，AF (青)
Immediart
細胞外マトリックス合成の例
傷が治るとき
出血の後、血液凝固には血小板が関与
し、さらに線維芽細胞や血管の内皮細胞
を呼び寄せる。
他の細胞から、欠損した部分を補うため
にコラーゲンを産生するように線維芽細
胞に指令（TGF-b）が出る。新しく出来た
組織を肉芽組織と言う。 やがて傷口の周
囲から基底細胞が移動してきて、肉芽組
織の上に基底膜（細胞外マトリックス）を
形成する。これは基底細胞と線維芽細胞
によって合成された分子の複雑に絡み
合った構造である。次に基底細胞が表面
へ向けて分裂し表皮細胞を作りだし、創
傷治癒が終了する。
ケラチノサイト(幹細胞から)→[有棘細胞]→[顆粒細胞]→角質細胞(核なし、ケラチンで充満)
メラノサイト
basal
spinous
granular
cornified cells
A 角質層 B 淡明層 C 顆粒層 D 有棘層 E 基底層 F 真皮乳頭
2-4週間で表面まで移動し脱落する
指先
行き先その２Lysosome＝液胞
• 細胞内の清掃工場・
食品工場
• 原料は細胞外
(Endocytosis,
Endosome経由: 1), 細
胞内(Autophagy: 2、
詳しくは次のスライド)
から。装置＝分解酵
素はGolgiから(3)。分
解産物は、細胞内で
利用(4：輸送体，5：小
胞輸送)、あるいは排
出(6：分泌)
植物の液胞＝Lysosome
細胞内の分解工場
水を貯め、体積を増やすための器官、色素あるい
はタンパク質などの貯蔵器官でもある。
植物細胞
ぐっと空間が多い
水ぶくれ
葉緑体
液胞80%, 葉緑体10%,
細胞質10%
植物の液胞の機能（中央液胞の写真参照）
すでに述べた以外に
1) 浸透圧、膨圧調節（イオン）
2) 貯蔵器官（タンパク質、老廃物、色素）
（植物は排泄できないので）
（デンプンはプラスチド、脂質は細胞質内でリ
ン脂質と、タンパク質の1重膜で包まれた油滴
oil body, oil dropletとして）
自分を食べる細胞質の蛋白質・膜系を
壊すオートファジーAutophagy
（特に栄養分が不足した場合）
生化学83: 81-92, 2011 吉森 保
生化学83: 81-92, 2011 吉森 保
カップ状の膜から始まる
起源は不明
JCB 152: 657, 2001
小胞体起源説
生化学83: 81-92, 2011 吉森 保
矢尻（できた
ばかりのも
の），矢印（リ
ソソームと融
合）
生化学83: 81-92, 2011 吉森 保
バクテリアやミトコンドリアも飲み込む
Lysosomeと融合して消化される
新生児期
に必要
蛋白質 核酸 酵素 50:
393 (2005)
以上話してき
た膜系は小
胞輸送でつ
ながっている
ミトコンドリア・葉緑体・ミクロボディ（ペル
オキソソーム[次に出てくる]）は独立した
構造で、その成分は細胞質のフリーリ
ボソームで作られてから輸送される
核だけは特殊
核膜の蛋白質
は左のやり方で
核内の蛋白質
は右のやり方で
核膜
低分子物質（一部蛋白
質を含む）にとって核内
＝細胞質
ミトコンドリア・葉緑体の
外側の膜も、大腸菌外
膜と同様孔が多数
核膜は小胞体ERとひ
とつながり
正確に言うと閉じては
いない！！
細胞質で合成されたタンパク質の行き先
• 細胞質に留まる
• 核内へ移行
• ミトコンドリア・葉緑体へ送られる（膜透過）
核内移行は、核膜孔を通して、高次構造をほぼ
保って通過する
葉緑体・ミトコンドリアへは
膜透過
いずれもほどけた状態！
細胞質chaperone
MSF (mitochondrial-import stimulating factor) &
Hsp70
外膜 Receptor +
Tom complex
普通はcontact siteで，内外膜
を同時に通り抜ける
内膜Tim complex
膜電位！
マトリックスchaperone
Signal peptidase
Via contact sites of outer and
inner membranes
MCB FIGURE 17-5
Targeting chimeric
proteins to
mitochondria
• 葉緑体・ミトコンドリアの2重膜の内、
外側の膜は孔の多い構造．
• 細菌の外膜と同じ：細胞内共生のな
ごり
植物細胞
分化少ない
ミクロボディ
Peroxisome, Glyoxysome
カタラーゼの結晶！！
2H2O2→2H2O + O2
細胞内でのペルオキシソームの動き
酵母Hansenula
polymorphaは、メタノー
ルを栄養源とする条件で
peroxisomeを発達させる
ミクロボディ＝ペルオキソソーム
菌類から原生動物も
過酸化水素を発生する酸化反応の場
主に脂質の合成の一部
危険な反応をまとめて
置いておく
一部の生物では脂肪酸
のβ酸化（普通はミトコン
ドリア）
ペルオキシソームが痕跡しかない、あるいは、
一部の酵素が欠けている遺伝病が多数
Zellweger syndrome
植物では光呼吸
グリオキシル酸
回路（光合成の
副反応）
葉緑体・ミトコンドリア・ペ
ルオキシソーム
貯蔵脂肪を糖に変える
人間も出来たらいいのに
Glyoxysome