和田　勝和田　勝

東京医科歯科大学教養部東京医科歯科大学教養部

第８回　タンパク質の多様な働き（再）第８回　タンパク質の多様な働き（再）

特論 B細胞の生物学

特論 B細胞の生物学

タンパク質のはたらきタンパク質のはたらき種類種類 役割役割 例例

構造タンパク質構造タンパク質 支持支持 コラーゲンやエラスティンのよ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のように毛髪や爪をつくる

貯蔵タンパク質貯蔵タンパク質 アミノ酸の貯蔵アミノ酸の貯蔵 卵白のオボアルブミンやミルク卵白のオボアルブミンやミルクタンパク質のカゼインタンパク質のカゼイン

運搬タンパク質運搬タンパク質 物質の運搬物質の運搬 ヘモグロビンは酸素を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タンパク質 ホルモンとして生体の調ホルモンとして生体の調節節

インシュリンのようにホルモンインシュリンのようにホルモンとしてはたらくとしてはたらく

受容体タンパク質受容体タンパク質 信号分子を受取る信号分子を受取る ホルモンなどの信号分子と結合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して信号を細胞に伝える

収縮タンパク質収縮タンパク質 細胞運動細胞運動 アクチンとミオシンは筋収縮をアクチンとミオシンは筋収縮を担うタンパク質担うタンパク質

防御タンパク質防御タンパク質 病気から生体を防御病気から生体を防御 抗体は細菌やウイルスに対抗す抗体は細菌やウイルスに対抗するる

酵素タンパク質酵素タンパク質 化学反応を選択的に促進化学反応を選択的に促進 消化酵素は食物を分解。細胞内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のあらゆる化学反応を触媒する

別のホルモンの例別のホルモンの例ここでは、インスリンとは別のホルモンの例として、脳下垂体から分泌される生殖腺刺激ホルモンを挙げてみよう。

ここでは、インスリンとは別のホルモンの例として、脳下垂体から分泌される生殖腺刺激ホルモンを挙げてみよう。

黄体形成ホルモン（ LH ）と卵胞刺激ホルモン（ FSH ）である。黄体形成ホルモン（ LH ）と卵胞刺激ホルモン（ FSH ）である。

LH と FSHLH と FSHLH と FSH はどちらも、 α と β と呼ぶ１本づつのポリペプチド鎖からなる分子量およそ３万の二量体（ダイマー）である。

LH と FSH はどちらも、 α と β と呼ぶ１本づつのポリペプチド鎖からなる分子量およそ３万の二量体（ダイマー）である。

α は共通、 β だけが異なる。α は共通、 β だけが異なる。

糖鎖をもつ（糖タンパク質）。糖鎖をもつ（糖タンパク質）。

LH と FSHLH と FSHα 鎖と β 鎖とをコードする遺伝子は別々の染色体上に位置している。α 鎖と β 鎖とをコードする遺伝子は別々の染色体上に位置している。

別々に転写されて翻訳され、粗面小胞体の腔所でアセンブルされる。別々に転写されて翻訳され、粗面小胞体の腔所でアセンブルされる。

ヒトでは α 鎖の遺伝子は第 6 染色体、 FSH の β 鎖は第 11 染色体、LH の β 鎖は第 19 染色体上に遺伝子がある。

ヒトでは α 鎖の遺伝子は第 6 染色体、 FSH の β 鎖は第 11 染色体、LH の β 鎖は第 19 染色体上に遺伝子がある。

LH （ luteinizing hormone ）LH （ luteinizing hormone ）

  1 11 21 31 41 51 1 MDYYRKYAAI FLVTLSVFLH VLHSAPDVQD CPECTLQENP FFSQPGAPIL QCMGCCFSRA 60 61 YPTPLRSKKT MLVQKNVTSE STCCVAKSYN RVTVMGGFKV ENHTACHCST CYYHKS    

  1 11 21 31 41 51 1 MDYYRKYAAI FLVTLSVFLH VLHSAPDVQD CPECTLQENP FFSQPGAPIL QCMGCCFSRA 60 61 YPTPLRSKKT MLVQKNVTSE STCCVAKSYN RVTVMGGFKV ENHTACHCST CYYHKS    

グリコプロテインホルモン共通 α 鎖グリコプロテインホルモン共通 α 鎖

　　　 1 11 21 31 41 51 1 MEMLQGLLLL LLLSMGGAWA SREPLRPWCH PINAILAVEK EGCPVCITVN TTICAGYCPT 60 61 MMRVLQAVLP PLPQVVCTYR DVRFESIRLP GCPRGVDPVV SFPVALSCRC GPCRRSTSDC 120 121 GGPKDHPLTC DHPQLSGLLF L 

　　　 1 11 21 31 41 51 1 MEMLQGLLLL LLLSMGGAWA SREPLRPWCH PINAILAVEK EGCPVCITVN TTICAGYCPT 60 61 MMRVLQAVLP PLPQVVCTYR DVRFESIRLP GCPRGVDPVV SFPVALSCRC GPCRRSTSDC 120 121 GGPKDHPLTC DHPQLSGLLF L 

LHβ 鎖LHβ 鎖

LH （ luteinizing hormone ）LH （ luteinizing hormone ）グリコプロテイン共通 α 鎖グリコプロテイン共通 α 鎖

LHβ 鎖LHβ 鎖

＋＋

LH （ luteinizing hormone ）LH （ luteinizing hormone ）

LH 受容体LH 受容体LH の受容体は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）

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          11          21          31          41          51

    1 MKQRFSALQL LKLLLLLQPP LPRALREALC PEPCNCVPDG ALRCPGPTAG LTRLSLAYLP    60   61 VKVIPSQAFR GLNEVIKIEI SQIDSLERIE ANAFDNLLNL SEILIQNTKN LRYIEPGAFI   120  121 NLPGLKYLSI CNTGIRKFPD VTKVFSSESN FILEICDNLH ITTIPGNAFQ GMNNESVTLK   180  181 LYGNGFEEVQ SHAFNGTTLT SLELKENVHL EKMHNGAFRG ATGPKTLDIS STKLQALPSY   240  241 GLESIQRLIA TSSYSLKKLP SRETFVNLLE ATLTYPSHCC AFRNLPTKEQ NFSHSISENF   300  301 SKQCESTVRK VSNKTLYSSM LAESELSGWD YEYGFCLPKT PRCAPEPDAF NPCEDIMGYD  360  361 FLRVLIWLIN ILAIMGNMTV LFVLLTSRYK LTVPRFLMCN LSFADFCMGL YLLLIASVDS  420  421 QTKGQYYNHA IDWQTGSGCS TAGFFTVFAS ELSVYTLTVI TLERWHTITY AIHLDQKLRL  480  481 RHAILIMLGG WLFSSLIAML PLVGVSNYMK VSICFPMDVE TTLSQVYILT ILILNVVAFF  540  541 IICACYIKIY FAVRNPELMA TNKDTKIAKK MAILIFTDFT CMAPISFFAI SAAFKVPLIT   600  601 VTNSKVLLVL FYPINSCANP FLYAIFTKTF QRDFFLLLSK FGCCKRRAEL YRRKDFSAYT  660  661 SNCKNGFTGS NKPSQSTLKL STLHCQGTAL LDKTRYTEC

       1          11          21          31          41          51     1 MKQRFSALQL LKLLLLLQPP LPRALREALC PEPCNCVPDG ALRCPGPTAG LTRLSLAYLP    60   61 VKVIPSQAFR GLNEVIKIEI SQIDSLERIE ANAFDNLLNL SEILIQNTKN LRYIEPGAFI   120  121 NLPGLKYLSI CNTGIRKFPD VTKVFSSESN FILEICDNLH ITTIPGNAFQ GMNNESVTLK   180  181 LYGNGFEEVQ SHAFNGTTLT SLELKENVHL EKMHNGAFRG ATGPKTLDIS STKLQALPSY   240  241 GLESIQRLIA TSSYSLKKLP SRETFVNLLE ATLTYPSHCC AFRNLPTKEQ NFSHSISENF   300  301 SKQCESTVRK VSNKTLYSSM LAESELSGWD YEYGFCLPKT PRCAPEPDAF NPCEDIMGYD  360  361 FLRVLIWLIN ILAIMGNMTV LFVLLTSRYK LTVPRFLMCN LSFADFCMGL YLLLIASVDS  420  421 QTKGQYYNHA IDWQTGSGCS TAGFFTVFAS ELSVYTLTVI TLERWHTITY AIHLDQKLRL  480  481 RHAILIMLGG WLFSSLIAML PLVGVSNYMK VSICFPMDVE TTLSQVYILT ILILNVVAFF  540  541 IICACYIKIY FAVRNPELMA TNKDTKIAKK MAILIFTDFT CMAPISFFAI SAAFKVPLIT   600  601 VTNSKVLLVL FYPINSCANP FLYAIFTKTF QRDFFLLLSK FGCCKRRAEL YRRKDFSAYT  660  661 SNCKNGFTGS NKPSQSTLKL STLHCQGTAL LDKTRYTEC

緑色の部分（細胞外へ突き出た領域の一部）の構造は、、、 緑色の部分（細胞外へ突き出た領域の一部）の構造は、、、

LH 受容体LH 受容体

受容体の一部（細胞の外へ出る部分）受容体の一部（細胞の外へ出る部分）

LH 受容体とリガンドの結合LH 受容体とリガンドの結合

LH 受容体とリガンドの結合LH 受容体とリガンドの結合

受容体にホルモンが結合、、受容体にホルモンが結合、、

情報が細胞の中に伝えられる情報が細胞の中に伝えられる

ステロイドホルモン生合成ステロイドホルモン生合成

代謝経路を進める酵素を活性化して、合成を進める。

代謝経路を進める酵素を活性化して、合成を進める。

代謝経路の調節代謝経路の調節これと同じようなことが、解糖系でも起こっている。これと同じようなことが、解糖系でも起こっている。

肝臓での解糖系の調節は、グルカゴン（抑制）と、インシュリン ( 促進）による。

肝臓での解糖系の調節は、グルカゴン（抑制）と、インシュリン ( 促進）による。この調節と、グリコーゲンへの貯蔵の調節（グルカゴンは分解、インシュリンは合成をそれぞれ促進）することで血糖量の調節を行う。

この調節と、グリコーゲンへの貯蔵の調節（グルカゴンは分解、インシュリンは合成をそれぞれ促進）することで血糖量の調節を行う。

細胞膜細胞膜

細胞膜細胞膜

脂質の二重膜（ lipid bilayer ）である。脂質の二重膜（ lipid bilayer ）である。

細胞膜の構造細胞膜の構造

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。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脂質は以下のように分類できる

単純脂質単純脂質

複合脂質複合脂質

誘導脂質誘導脂質

トリアシルグリセロールなどの中性脂肪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

グリセロリン脂質、グリセロ糖脂質など

　　　 OR1-C

　　　　 O-

　　　 OR1-C

　　　　 O-++

HH-C-OHH-C-OHH-C-OH　 H

HH-C-OHH-C-OHH-C-OH　 H

　　　 OR2-C

　　　　 O-

　　　 OR2-C

　　　　 O-

　　　 OR3-C

　　　　 O-

　　　 OR3-C

　　　　 O-

中性脂肪中性脂肪

　　 H 　　 O　　 O H-C-O-C-R1

R2-C-O-C-H　　 H-C-O-C-R3

　　　 H O

　　 H 　　 O　　 O H-C-O-C-R1

R2-C-O-C-H　　 H-C-O-C-R3

　　　 H 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。

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。

　　 H 　　 O　　 O H-C-O-C-R1

R2-C-O-C-H O　　 H-C-O-P-O-X　　　 H O-

　　 H 　　 O　　 O H-C-O-C-R1

R2-C-O-C-H O　　 H-C-O-P-O-X　　　 H O-

X= コリン、セリン、エタノールアミン、　　イノシトールなど

X= コリン、セリン、エタノールアミン、　　イノシトールなど

リン脂質（ phospholipid ）リン脂質（ phospholipid ）フォスファチド（ phosphatide ）とも言うフォスファチド（ phosphatide ）とも言う

　　 O 　　 H 　　R1-C-O-C-H O 　　　　　　　　 CH3

　　　 H-C-O-P-O-CH2-CH2-N+-CH3

R2-C-O-C-H O- 　　　　　　　　CH3

　　 O 　　 H 　　　　　　　　　　　　

　　 O 　　 H 　　R1-C-O-C-H O 　　　　　　　　 CH3

　　　 H-C-O-P-O-CH2-CH2-N+-CH3

R2-C-O-C-H O- 　　　　　　　　CH3

　　 O 　　 H 　　　　　　　　　　　　

フォスファチジルコリンフォスファチジルコリン

細胞膜の主要な成分細胞膜の主要な成分

フォスファチジルコリンフォスファチジルコリン

頭部極性頭部極性

尾部非極性尾部非極性

のように簡単にあらわすことができる

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

フォスファチジルコリンをぎっしり並べると、、、フォスファチジルコリンをぎっしり並べると、、、

脂質二重膜lipid bilayer

脂質二重膜lipid bilayer

水分子水分子

水分子水分子

脂質の二重膜脂質の二重膜

脂質二重膜の性質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

H2O 、 CO2 、グリセロール、尿素

自由に透過

極性のある大分子

ブドウ糖などの単糖類、二糖類

透過できない

イオンや電荷を持つ分子

アミノ酸、 H+ 、 HCO3- 、 Na+ 、 K+ 、 Ca2+ 、 Cl-

、 Mg2+

透過できない

浸透圧浸透圧

全透膜全透膜

１．溶媒（水）と溶媒+溶質（水溶液）を入れる

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

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

３．時間が経つと、両側の濃度は同じになる

浸透圧浸透圧

半透膜半透膜

１．水と水溶液を入れる

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

２．水は半透膜を通って移動できるが溶質はできない

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

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

４．この圧力が溶液の浸透圧に該当する

４．この圧力が溶液の浸透圧に該当する

浸透圧浸透圧

半透膜半透膜

この圧力をかけておけば、浸透はおこらない

この圧力をかけておけば、浸透はおこらない

脂質二重膜の性質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。

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。

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

浸透圧溶血浸透圧溶血

水水 水水

等張（ isotonic）等張（ isotonic）

高張（ hypertonic ）高張（ hypertonic ）低張（ hypotonic）低張（ hypotonic）

縮む縮む 破裂破裂

赤血球

赤血球

変化なし変化なし

選択透過性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。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。

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

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。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。

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。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。

親水部親水部

親水部親水部

疎水部疎水部

αヘリックスαヘリックス

脂質二重膜とタンパク質脂質二重膜とタンパク質

細胞膜のモデル細胞膜のモデル

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）

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）

細胞膜のモデル細胞膜のモデル

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。

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。

膜タンパク質の性質によって、細胞膜の性質が決まる。膜タンパク質の性質によって、細胞膜の性質が決まる。

細胞膜のモデル細胞膜のモデル

膜タンパク質には、貫通型、表在型、一部埋め込み型がある。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。

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。

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。

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。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。

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

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。

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

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４．受容体タンパク質

細胞膜を通過させる細胞膜を通過させるカリウムイオンカリウムイオン

この穴を通ってこの穴を通って

K+ チャンネルのゲート構造K+ チャンネルのゲート構造

細胞膜を通過させる細胞膜を通過させるグルコースグルコース

実際にはこれは、グリセロール -3- リン酸トランスポーター

実際にはこれは、グリセロール -3- リン酸トランスポーター

グルコーストランスポーターグルコーストランスポーター

何種類かあり、臓器特異性がある。何種類かあり、臓器特異性がある。そのうちのひとつは、インシュリン感受性のトランスポーターで、肝臓で発現している。

そのうちのひとつは、インシュリン感受性のトランスポーターで、肝臓で発現している。

細胞膜を通過させる細胞膜を通過させるグルコースグルコース

血中のグルコースを取り込み、血糖値を下げる。血中のグルコースを取り込み、血糖値を下げる。

チャネルとトランスポーターチャネルとトランスポーター

チャネルとトランスポーターの働きの違いは、タンパク質の構造の違いによる。

チャネルとトランスポーターの働きの違いは、タンパク質の構造の違いによる。

膜タンパク質が、膜タンパク質が、

こうした膜タンパク質の働きで、細胞外からの情報を受け取り、細胞内へ必要な物質を取り込んでいる。

こうした膜タンパク質の働きで、細胞外からの情報を受け取り、細胞内へ必要な物質を取り込んでいる。