Transcript 細胞内オルガネラ Organelles

先々週(5/14)提出の名無しレポート
さらにその前5/7
細胞内オルガネラ Organelles
主に膜で囲まれた構造を言う
どれくらい名前を知っているかな？
核・ミトコンドリア・葉緑体F-ATPase
小胞体(ER: endoplasmic reticulum)
Golgi体・リソソーム・液胞V-ATPase
ミクロボディ
動物細胞
プリント①
ERは核膜とも連続
している
EMBO J 21: 1248-1254, 2002
核膜は小胞
体(ER)と連
続している
外側はrough
ER相当
Nuclear Lamina: 中間
径繊維Laminからなる裏
打ち構造
核膜孔
電顕写真
脳下垂体のホルモン分
泌細胞なので、分泌系の
膜系が多い。黒いのはホ
ルモンの集合体。
たくさんのオルガネラ・膜系がある
が、どれが欠けても生きられない
それらの成分タンパク質はどのよ
うに作られるのか？
転写から翻訳
遺伝情報発現の
Central Dogma
DNA 複製
Replication
転写 Transcription
RNA
翻訳 Translation
蛋白質
複製・転写の材料兼エネルギー源
• デオキシリボヌクレオチド
dATP, dGTP, dTTP, dCTP
• リボヌクレオチド
ATP, GTP, UTP, CTP
DNAの高次構造－ヌクレオソーム、クロマチン
線維・染色体－を作る・壊すには大量のATP
が必要！2-3 ATP／塩基対
転写 Transcription
＝mRNA合成 核で
Molecular Biology of
Fig6-02
鋳型鎖に相補的
Fig6-07
Fig6-08
３つの塩基が一つのアミノ酸を指定する－
コドンCodon＝遺伝暗号の実体
64通り
Fig6-50
翻訳するのが
RibosomeとtRNA
理科ネット: http://rikanet2.jst.go.jp/contents/cp0410/contents/s1/sec1-03-02.html
tRNAの構造
Fig6-52
1種で複数の
コドンに対応
33種ほどのtRNAで対応している
(33以上45種くらい？)
アミノ酸の活性化
アミノ酸 ＋ ATP ＋ tRNA
→
アミノアシルtRNA ＋ AMP ＋ ピロリン酸
AMPをATPに戻すのにATP2つ分のエネル
ギーの投入が必要
AMP+ATP→2ADP
ATP 2分子相当を使って活性化
Fig6-58
リボソーム大
サブユニット
どちらがRNA?
Ribosome
is a
ribozyme!
Ribosome.mov
Fig6-61
リボソームには
基質tRNAの結
合サイトが3つ
以上ある
Fig6-64
Fig6-64
核から出てきたmRNA
はリボソームと結合して
タンパク質合成を開始
する
コドン(mRNA)とアンチ
コドン(tRNA)の対応関
係
リボソームの働きのアニメーション
http://web-mcb.agr.ehime-u.ac.jp/bunnshi/protein.htm
愛媛大学
詳しい動作
Ribosome.mov
ATPの代わりにGTPを使うタンパク質が
コドンとアンチコドンの対応を確認し押し込む
EF-Tu, Ef-G
Science
30 October 2009:
Vol. 326 no. 5953 pp. 677-678
ペップチド結合を延ばしていく
合成開始時
P-siteへ
の入り口
A-siteへの
入り口
コドン－アンチコドンの対
応関係を確かめる
どちらの場合もAA-tRNAを押し込むタンパク
質（モーター）があり、GTPで駆動される！
Science 30 October 2009:
Vol. 326 no. 5953 pp. 677-678
ATPは沢山必要
• アミノ酸の活性化＝アミノアシルt-RNAの合
成に2ATP
リボソーム上での
• タンパク質合成開始に1GTP(ribosome大小サブユニッ
トの結合)
• ペプチド鎖延長に 2GTP／AA（アミノアシルt-RNAの
結合とmRNAの横移動）
• 終止に1GTP（mRNAとribosomeの解離）
合計 ～4 ATP相当／AA
かなり飛ばして！！
Capping
enzyme,
Methyltransferase
mRNA processing
mRNA+タンパク質＝hnRNP
(heteronuclear ribonucleoprotein)
Alternative splicing
一つの遺伝子から多数のタンパク質！！
スプライシング異常による病気もある。
mRNAのプロセシング
（完成するまでの工程）
• 5’-capping キャッピング
• Splicing スプライシング(イントロンを切り出
す)
• 3’-Polyadenylation ポリアデニル化
すべて、mRNAであることの印マーカーとして働く。それぞれに特異的に結合す
るタンパク質がある。
核膜には特殊な構造の孔が開いている！
細胞質側
核側 バスケット様構造
MBCより
核膜孔
3000～4000個／細胞核
50種のタンパクから成る125 MDaの複合体
リボソーム（2.7-4.6 MDa）よりもでかい
CellMovies\npcmovie2.mov
分子量20 kDa以下のタンパク質・ヌク
レオチド等は自由に通過する
Small molecules (5000 daltons or less) diffuse in so fast that
the nuclear envelope can be considered to be freely
permeable to them. A protein of 17,000 daltons takes 2
minutes to equilibrate between the cytosol and the nucleus,
whereas proteins larger than 60,000 daltons are hardly able to
enter the nucleus at all
核膜孔輸送
プリント②
リボソーム自体も核内（仁Nucleolus）で
作られ、核膜孔を押し広げて出てくる
この場合は、NMD3/RanGTPaseなどを足場に、Crm1リ
セプターが働く。外へ出たらGTP
加水分解で、すべてばらばらに！
8, 761-773 (October 2007)
ヌードルをかき分け
て！
8, 761-773 (October 2007)
11, 490-501 (July 2010)
実際に観察
される核膜
孔を通過中
の金粒子
（核移行シグナルを
持つペプチドをまぶ
してある）
これは入る方
ユスリカ幼虫の唾
腺染色体
Chironomus tentans 幼虫の唾腺
polytene chromosome*のpuffに
含まれるBalbiani ring遺伝子
* 4個の染色体のみが12-13回複製したものが
平行に並んでいるので常に染色体として見える
BR1, BR2
遺伝子産
物は幼虫
の巣を作
るタンパク
転写の様子
ショ糖密度勾配
遠心法で単離し
た4番染色体
細胞内での状態
タンパク質と結合して大きな構造を作る
それをmRNP
(ribonucleoprotein)
と呼ぶ
mRNPが核膜孔を通過する
細胞質では、すぐにRibosome
がついて翻訳開始
別の論文か
ら
ある成分は輸送
に伴い外れる
（免疫電顕法）
mRNAの一生
化学と生物 46: 90-99，2008.
転写とプロセシングは一緒に起きる
mRNAの核外輸送因子
転写プロセシング段階から
すでに結合を始める
アダプターとして働く多数
の因子
＋
最後のリセプター
8, 761-773 (October 2007)
ここで初めてATP/GTPが必
要
核膜孔
3000～4000
50種のタンパクから成る125 MDaの複合体
CellMovies\npcmovie2.mov
Simian virus SV40の核移行シグナル
をpyruvate kinaseに移植
Nuclear localization signal (NLS)
-PPKKKRKV左は普通のPK,
右はSV40の
NLS付加
シグナル部分のアミノ酸をひとつ変え
るだけで無効
核膜孔輸送（digitonin処理細胞）には
ATPと細胞質成分が必要
この系で核膜孔輸送に必要な成分を同定可能
NLSを認識結合するレセプタがある
Importin a＋アダプタimportin b
Ran (GTPase)は細胞質ではGDP結
合型、核内ではGTP結合型
GAP: GTPase activating
protein, GEF: GTP-GDP
exchange factorの局在による
Ran-GTP（核内）は、輸送されてきた複合体を解離させる（左）。
また、Ran-GTPは核外輸送複合体に同伴して、細胞質でRanGDPになり、輸送複合体から離れ、輸送されてきた複合体を解
離させる