Transcript 第5回講義pptファイル

細胞と多様性の
生物学
第５回 タンパク質の多様な働き
和田 勝
東京医科歯科大学教養部
酵素タンパク質
前回は、酵素タンパク質として、リゾチ
ームとセリンプロテアーゼを取り上げ
た。
三次構造（立体構造）を取ることで、基
質結合部位と活性部位が構成され、
酵素としての働きが生まれることを学
んだ。
酵素タンパク質
したがって、立体構造の保持が妨げら
れると、酵素として機能できなくなる。
これが、酵素の活性に最適温度、最
適ｐHが存在する理由である。
リゾチームとセリンプロテアーゼは、酵
素が単独で働く例であるが、、
解糖系の酵素
Triose phosphate
Phosphoglucoisomerase
Phosphofructokinase
Phosphoglyceromutase
Phosphoglycerokinase
Hexokinase
Pyrvate
dehydrogenase
Aldolase
Enolase
kinase
グルコース
グリセルアルデヒド3-リン酸
ピルビン酸
TCA回路
丸をつけた過程
も、脱水素酵素
（dehydrogenase
）が触媒する。
ピルビン酸
オキザル酢酸
リンゴ酸
クエン酸
イソクエン酸
フマル酸
コハク酸
αケトグルタル酸
スクシニルCoA
酵素と補酵素
脱水素酵素では、NADがプロトンの移
動に重要な役割を果たす。脱水素酵素
は、タンパク質部分とNADからなる、複
合酵素である。
複合酵素＝アポ酵素＋補酵素
乳酸デヒドロゲナーゼ
1
51
101
151
201
251
301
1
ATLKDKLIGH
VDVMEDKLKG
QEGESRLNLV
SGLPMHRIIG
WSGMNVAGVS
AIGLSVADLA
SNIVKMKLKP
11
LATSQEPRSY
EMMDLQHGSL
QRNVNIFKFI
SGCNLDSARF
LKELHPELGT
ETIMKNLCRV
DEEQQLQKSA
21
NKITVVGVGA
FLHTAKIVSG
IPDIVKHSPD
RYLMGERLGV
DKDKENWKKL
HPVSTMVKDF
TTLWDIQKDL
31
VGMACAISIL
KDYSVSAGSK
CIILVVSNPV
HSSSCHGWVI
HKDVVDSAYE
YGIKNDVFLS
KF
41
MKDLADEVAL
LVVITAGARQ
DVLTYVAWKL
GEHGDSSVPV
VIKLKGYTSW
LPCVLDNHGI
50
100
150
200
250
300
水色のアミノ酸でNADを保持し、193番
目のHisがプロトンアクセプターとして働
く（from dogfish muscle）。
乳酸デヒドロゲナーゼ
乳酸デヒドロゲナーゼ
乳酸デヒドロゲナーゼ
モノマー
が上下に
組み合わ
さった二
量体。実
際は四量
体で存在
している。
タンパク質のはたらき
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
酵素タンパク質
細胞内のあらゆる代謝反応を触媒す
る。すなわち、細胞内で作られるあら
ゆる物質は酵素の働きでつくられる。
たとえば、ステロイドホルモンのひとつ
であるテストステロン（男性ホルモン）
は、コレステロールからつくられる。
ステロイドホルモン生合成
17βの
位置に
水素を
導入、
すなわ
ち還元
17β-hydroxysteroid
dehydrogenase
1
51
101
151
201
251
1
MKFLLDILLL
LTAYEFAKLK
YSSAKKVKAE
TTKAFLPAMT
DELAALQITG
LTEQKMIFIP
11
LPLLIVCSLE
SKLVLWDINK
IGDVSILVNN
KNNHGHIVTV
VKTTCLCPNF
SSIAFLTTLE
21
SFVKLFIPKR
HGLEETAAKC
AGVVYTSDLF
ASAAGHVSVP
VNTGFIKNPS
RILPERFLAV
31
RKSVTGEIVL
KGLGAKVHTF
ATQDPQIEKT
FLLAYCSSKF
TSLGPTLEPE
LKRKISVKFD
41
ITGAGHGIGR
VVDCSNREDI
FEVNVLAHFW
AAVGFHKTLT
EVVNRLMHGI
AVIGYKMKAQ
50
100
150
200
250
300
黄色いアミノ酸はシグナル、水色のアミ
ノ酸でNADを保持し、185番目のTyrが
プロトンアクセプターとして働く（ヒト）。
17β-steroid dehydrogenase
タンパク質のはたらき
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
運搬タンパク質
酸素を運搬するヘモグロビンは、良く
研究されている。
ヘモグロビンは、αグロビンとβグロビン
それぞれ2本ずつからなる四量体で、
αβグロビンはヘムを含む。
ヘムは、向かい合うHisで支えられて
いる。
αグロビンの構造
1
16
31
46
61
76
91
106
121
136
1
Val
Lys
Arg
Phe
Lys
Met
Leu
Leu
Val
Leu
2
Leu
Val
Met
Asp
Val
Pro
Arg
Val
His
Thr
3
Ser
Gly
Phe
Leu
Ala
Asn
Val
Thr
Ala
Ser
4
Pro
Ala
Leu
Ser
Asp
Ala
Asp
Leu
Ser
Lys
5
Ala
His
Ser
His
Ala
Leu
Pro
Ala
Leu
Tyr
6
Asp
Ala
Phe
Gly
Leu
Ser
Val
Ala
Asp
Arg
7
Lys
Gly
Pro
Ser
Thr
Ala
Asn
His
Lys
8
Thr
Glu
Thr
Ala
Asn
Leu
Phe
Leu
Phe
9
Asn
Tyr
Thr
Gln
Ala
Ser
Lys
Pro
Leu
10
Val
Gly
Lys
Val
Val
Asp
Leu
Ala
Ala
11
Lys
Ala
Thr
Lys
Ala
Leu
Leu
Glu
Ser
12
Ala
Glu
Tyr
Gly
His
His
Ser
Phe
Val
13
Ala
Ala
Phe
His
Val
Ala
His
Thr
Ser
14
Trp
Leu
Pro
Gly
Asp
His
Cys
Pro
Thr
15
Gly
Glu
His
Lys
Asp
Lys
Leu
Ala
Val
15
30
45
60
75
90
105
120
135
βグロビンの構造
1
16
31
46
61
76
91
106
121
136
1
Val
Gly
Leu
Gly
Lys
Ala
Leu
Leu
Glu
Gly
2
His
Lys
Leu
Asp
Ala
His
His
Gly
Phe
Val
3
Leu
Val
Val
Leu
His
Leu
Cys
Asn
Thr
Ala
4
Thr
Asn
Val
Ser
Gly
Asp
Asp
Val
Pro
Asn
5
Pro
Val
Tyr
Thr
Lys
Asn
Lys
Leu
Pro
Ala
6
Glu
Asp
Pro
Pro
Lys
Leu
Leu
Val
Val
Leu
7
Glu
Glu
Trp
Asp
Val
Lys
His
Cys
Gln
Ala
8
Lys
Val
Thr
Ala
Leu
Gly
Val
Val
Ala
His
9
Ser
Gly
Gln
Val
Gly
Thr
Asp
Leu
Ala
Lys
10
Ala
Gly
Arg
Met
Ala
Phe
Pro
Ala
Tyr
Tyr
11
Val
Glu
Phe
Gly
Phe
Ala
Glu
His
Gln
His
12
Thr
Ala
Phe
Asn
Ser
Thr
Asn
His
Lys
13
Ala
Leu
Glu
Pro
Asp
Leu
Phe
Phe
Val
14
Leu
Gly
Ser
Lys
Gly
Ser
Arg
Gly
Val
15
Trp
Arg
Phe
Val
Leu
Glu
Leu
Lys
Ala
15
30
45
60
75
90
105
120
135
βグロビンの二次構造
βグロビンの58から74番目のアミノ
酸はαヘリックスを形成
Pro Lys Val Lys Ala His Gly Lys Lys Val Leu Gly Ala Phe Ser Asp Gly
βグロビンの三次構造
βグロビンの三次構造
ヘモグロビン
ヘモグロビンはαグロビン２個とβグ
ロビン２個のテトラマー（α2β2）
タンパク質のはたらき
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
ホルモン・インシュリン
膵臓に存在するランゲルハンス島(膵
島)のβ細胞から分泌されるペプチドホ
ルモン（ヒト）。
1
16
31
46
61
76
91
106
1
Met
Leu
Cys
Arg
Leu
Ser
Ile
Glu
2
Ala
Trp
Gly
Gly
Gln
Leu
Val
Asn
3
Leu
Gly
Ser
Phe
Val
Gln
Glu
Tyr
4
Trp
Pro
His
Phe
Gly
Pro
Gln
Cys
5
Met
Asp
Leu
Tyr
Gln
Leu
Cys
Asn
6
Arg
Pro
Val
Thr
Val
Ala
Cys
7
Leu
Ala
Glu
Pro
Glu
Leu
Thr
8
Leu
Ala
Ala
Lys
Leu
Glu
Ser
9
Pro
Ala
Leu
Thr
Gly
Gly
Ile
10 11 12
Leu Leu Ala
Phe Val Asn
Tyr Leu Val
Arg Arg Glu
Gly Gly Pro
Ser Leu Gln
Cys Ser Leu
13
Leu
Gln
Cys
Ala
Gly
Lys
Tyr
14 15
Leu Ala 15
His Leu 30
Gly Glu 45
Glu Asp 60
Ala Gly 75
Arg Gly 90
Gln Leu 105
ホルモン・インシュリン
シグナルペプチドを含めてアミノ酸200
のペプチドとして合成され、シグナル
ペプチドが切り離され、b鎖、ｃペプチド
、a鎖からなる前駆体となる。
前駆体（プロホルモン）からcペプチド
が切り離され、a鎖とb鎖からなるイン
シュリンとなる。
ホルモン・インシュリン
ｃペプチド
a鎖
b鎖
SS結合
ホルモン・インシュリン
タンパク質のはたらき
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
インシュリン受容体
1
61
121
181
241
301
361
421
481
541
601
661
721
781
841
901
961
1021
1081
1141
1201
1261
1321
1381
1
MGTGGRRGAA
QILLMFKTRP
VIFEMVHLKE
ECGDICPGTA
GNCSQPDDPT
CHQYVIHNNK
TVINGSLIIN
EIGNYSFYAL
RNDIALKTNG
NVTEFDGQDA
DERRTYGAKS
RQAEDSELFE
KELEESSFRK
PNTSSTSVPT
SARTMPEAKA
SRKHFALERG
PLIFVFLFSV
EKITLLRELG
FTCHHVVRLL
AEIADGMAYL
RWMAPESLKD
CPERVTDLMR
FEDMENVPLD
PS
11
AAPLLVAVAA
EDFRDLSFPK
LGLYNLMNIT
KGKTNCPATV
KCVACRNFYL
CIPECPSGYT
IRGGNNLAAE
DNQNLRQLWD
DKASCENELL
CGSNSWTVVD
DIIYVQTDAT
LDYCLKGLKL
TFEDYLHNVV
SPEEHRPFEK
DDIVGPVTHE
CRLRGLSPGN
VIGSIYLFLR
QGSFGMVYEG
GVVSKGQPTL
NAKKFVHRDL
GVFTTSSDMW
MCWQFNPKMR
RSSHCQREEA
21
LLLGAAGHLY
LIMITDYLLL
RGSVRIEKNN
INGQFVERCW
DGRCVETCPP
MNSSNLLCTP
LEANLGLIEE
WSKHNLTTTQ
KFSYIRTSFD
IDPPLRSNDP
NPSVPLDPIS
PSRTWSPPFE
FVPRKTSSGT
VVNKESLVIS
IFENNVVHLM
YSVRIRATSL
KRQPDGPLGP
NARDIIKGEA
VVMELMAHGD
AARNCMVAHD
SFGVVLWEIT
PTFLEIVNLL
GGRDGGSSLG
31
PGEVCPGMDI
FRVYGLESLK
ELCYLATIDW
THSHCQKVCP
PYYHFQDWRC
CLGPCPKVCH
ISGYLKIRRS
GKLFFHYNPK
KILLRWEPYW
KSQNHPGWLM
VSNSSSQIIL
SEDSQKHNQS
GAEDPRPSRK
GLRHFTGYRI
WQEPKEPNGL
AGNGSWTEPT
LYASSNPEYL
ETRVAVKTVN
LKSYLRSLRP
FTVKIGDFGM
SLAEQPYQGL
KDDLHPSFPE
FKRSYEEHIP
41
RNNLTRLHEL
DLFPNLTVIR
SRILDSVEDN
TICKSHGCTA
VNFSFCQDLH
LLEGEKTIDS
YALVSLSFFR
LCLSEIHKME
PPDFRDLLGF
RGLKPWTQYA
KWKPPSDPNG
EYEDSAGECC
RRSLGDVGNV
ELQACNQDTP
IVLYEVSYRR
YFYVTDYLDV
SASDVFPCSV
ESASLRERIE
EAENNPGRPP
TRDIYETDYY
SNEQVLKFVM
VSFFHSEENK
YTHMNGGKKN
51
ENCSVIEGHL
GSRLFFNYAL
YIVLNKDDNE
EGLCCHSECL
HKCKNSRRQG
VTSAQELRGC
KLRLIRGETL
EVSGTKGRQE
MLFYKEAPYQ
IFVKTLVTFS
NITHYLVFWE
SCPKTDSQIL
TVAVPTVAAF
EERCSVAAYV
YGDEELHLCV
PSNIAKIIIG
YVPDEWEVSR
FLNEASVMKG
PTLQEMIQMA
RKGGKGLLPV
DGGYLDQPDN
APESEELEME
GRILTLPRSN
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
660
720
780
840
900
960
1020
1080
1140
1200
1260
1320
1380
インシュリン受容体
インシュリン
が結合
細胞内へ情
報が伝わる
タンパク質のはたらき
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
細胞骨格
細胞が形を保っていられるのは、細胞
骨格（cytoskelton）のおかげである。
また、細胞内部での動きや、細胞の運
動も細胞骨格によっておこる。
細胞骨格と言っても、硬い構造ではな
く、タンパク質のモノマーの重合体であ
る。
細胞骨格
細胞骨格には、3種類ある。
１．微小繊維（アクチンフィラメント）
microfilament, actin filament
２．微小管
microtubule
３．中間径フィラメント
intermediate filament
微小繊維 微小管 中間径繊維
アクチンフィラメント
細胞に見られるアクチンフィラメントの束
微絨毛 収縮束
microvilli
contractile
bundle
指状仮足
収縮環
filopodia
contractile
ring
移動する細胞
好中球（白血球の1種）が、黄色ブ
ドウ球菌を追いかけているところ
先端に細胞小器官の顆粒の無い部分が見える
この部分に、葉状仮足、指状仮足
G-アクチン
ATP
ATP
PDB 2BTF
G-actin
PDB 2BTF
Actin monomer
with bound ATP
G-actin
F-アクチン
G-アクチン（42kDa）
F-アクチン
重合
アクチンフィラメント
F-アクチ
ンが2本
撚り合わ
さった形
各モノマ
ーは周
囲の4つ
としっか
り結合し
ている
モノマーの重合と解離
しかし重合と解離もおこる。ATPと結合
したアクチンモノマーは重合（＋端） 。
ATP→ADP＋Piがおこり、端に来ると
解離（ー端）。
アクチン結合タンパク質
アクチンと結合するタンパク質が多数
あり、アクチンの性質を規定する。
●単量体の重合を防ぐタンパク質
●重合核形成タンパク質
●フィラメント間に架橋するタンパク質
●フィラメントを切断するタンパク質
●モータータンパク質
アクチン結合タンパク質
架橋と切断
重合核形成と
モータータンパ
ク質
移動する細胞
アクチンとアクチン結合タンパク質の
相互作用によって、細胞が移動でき
る。
1）先端から突起（糸状仮足、葉状
仮足）を出す
2）突起が接着
3）接着点を足掛かりにして、本体を
引っ張る
移動する細胞
卵割における収縮環
くびれの赤い部分
がアクチンフィラメ
ント束
重合の人為的阻害
サイトカラシンは、F-アクチンの＋端
に結合し、重合を阻害。
そのため、ー端での解離が進み、ア
クチンフィラメントが消失し、アクチン
による細胞運動が阻害される。
食細胞運動の停止、細胞分裂の停
止など。
微小管
細胞に見られる微小管
微小管
微小管は
中空の管
単位はα
とβチュー
ブリンの
ヘテロダ
イマー
GTPを結
合したヘ
テロダイ
マーは重
合、GDP
では解離
＋端と
ー端が
できる
微小管の重合と解離
コルヒチンは、チューブリンと結合し
て、重合を阻害。
微小管とモータータンパク質
微小管と関係するモータータンパク
質には、＋端に向かうキネシンと、
－端に向かうダイニンがある。
細胞小器官の動き
神経軸索内での動き
軸索には微小管のレールがあり、
物質が両方向に運ばれる。
中間径フィラメント
それぞれの組織に特有な中間径繊
維がある。
上皮細胞 ：ケラチンフィラメント
神経細胞 ：ニューロフィラメント
グリア細胞：グリアフィラメント
筋
肉：デスミンフィラメント
繊維芽細胞：ビメンチンフィラメント
核の最内層：核ラミンフィラメント
中間径フィラメント
単位となる繊維タンパク質が撚り合わ
さったロープのような構造
中間径フィラメント
上皮細胞のケラチンフィラメント
細胞に「張り」を与えている
中間径フィラメント
核ラミンフィラメントは、核膜のすぐ内
側にあって格子構造をかたちづくり、
核の形を保っている。
核膜は細胞分裂のときは消失するので、この中間径繊
維も核分裂のときは解離する。
細胞の運動
細胞の運動は、細胞骨格分子であ
るアクチンやチューブリンが組織化
され、重合や解離がおこらないよう
になった構造によっておこる。
繊毛（cilia）、鞭毛（flagella）による運動
筋収縮（muscle contraction）
繊毛による運動
繊毛の構造
９＋２構造
ダイニンアーム
ダブレットが９本、
シングレットが２本
繊毛屈曲のメカニズム
ダイニンアームがダブレット上を
ー端に向かって移動することで、
滑り込みがおこる
鞭毛による精子の運動
標識した２点間の距離が変化する
滑り込みがおこっている証拠
細菌の鞭毛運動
細菌の鞭毛はらせん状のタンパクの棒
筋肉による運動
A：暗帯
B：明帯
Z：Z板
横紋筋のHE染色像
横紋筋の構造
1：筋原繊維
2：筋小胞体
4：T管
5：筋繊維鞘
筋肉の電子顕微鏡写真
Sa：筋節
SR：筋小胞体
収縮のようす
太い繊維（ミオシンフィラメント)が細い繊維（アクチ
ンフィラメント）の間に滑り込み、筋節が短縮する。
太いフィラメント
細いフィラメント
細いフィラメントは、アクチンフィラメントにトロポミオシ
ンが巻きつき、一定間隔でトロポニンが付着。
カルシウムイオンはトロポニンと結合し、トロポミオシン
を動かしてアクチンのミオシン結合部位を露出する。
ミオシン頭部による滑り込み
ATPはミオ
シン頭部に
結合し、露
出したアク
チンと結合
できるよう
にする。
ATPのエネ
ルギーを使
い手繰る。
まとめと次回
今回は、タンパク質のさまざまな
機能を学んだ。タンパク質にはこの
他にも、転写を調節して遺伝子発
現のオンオフを制御するタンパク質
、特殊なものとして発光タンパク質
などもある。
次回は、細胞の間の情報交換に
ついて、いろいろな方向から見てい
こう。