たのしい演劇

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Alchemy of Actor Biochemistry 03 icon of chemistry periodic table 周期表

原子番号atomic number 核種 nuclide を区別する量の一つで原子核 atomic nucleus の中にある陽子の個数 。
電荷を帯びていない中性原子は、原子中の電子の数に等しい。
記号 Z(独語Zahl 「数,番号」)で表記。
現在、元素の正式名称が決定している最大の原子番号はOg. Oganesson オガネソンの118。

原子番号は元素の種類と対応、通常書くことはないが、明示する場合は元素記号の左に下付き添え字で書く。i.g. 炭素 carbon ; 6C


核種 nuclide/nuclear speciesとは、
原子核の組成、(核中の陽子の数、中性子の数 核のエネルギー準位)によって規定される
特定の原子の種類を言う。
核種は原子核の同位体やその他の性質を区別するために利用される。
放射能を持つ核種を放射性核種、そうではない安定した核種を安定核種と呼ぶ。

原子核の中の陽子の数は原子番号 Z で表し　元素の化学的性質を決定す。
また原子核の中の核子（陽子、中性子の総称）の総数（中性子の数＋陽子の数）は
mass number 質量数 A と呼ばれ、これは個々の原子の原子量に最も近い整数となる。
中性子数 N は N = A - Z で求める。

核種nuclideを表示する記号は、元素の化学記号に対し原子番号を左下、質量数を左肩に付し。
i.g. 水素 hydrogen . 1H の同位体、質量数 2 の二重水素 deuterium 、



日本語で核種は、元素名の後ろに質量数を添える i.g.水素2、酸素16、炭素12。

英語では Helium-4 。



原子核のエネルギー準位の表記法

原子核には様々なエネルギー順位あり、
安定でない状態では通常1秒にも満たない極めて短い半減期でガンマ崩壊す、
まれに半減期が長い状態も存在す。
このエネルギー状態の異なる安定または準安定状態の事を核異性体といい、
これらは別の核種であると明確に区別。
i.g.臭素35は半減期18分でベータ崩壊が、
半減期4.4時間を持つ準安定状態の臭素35ｍも存在、後者が核異性体であり前者とは別物と区別。

半減期が短いものは通常そのまま表記されるが、
寿命が長いものにmetastable準安定状態の）という意味から"m"という文字を質量数のあとに付けて表記し、i.g.テクネチウム technetium 43Tc の99mは と表記。
核異性体が3つ以上あるときは、寿命が短いものから順にm1、m2、m3が付く。


自然界には約300の核種の存在が知られており、
そのうち約270種が放射能 Radioactivity を持たない安定した核種で残り約30種類が放射性核種。
放射能をもつ核種である放射性核種の崩壊生成物 Decay product は放射生成 radiogenic nuclide 核種と呼ぶ。


天然の放射性核種には3つの種類があり。

第1は、半減期 half-life （T1/2）が少なくとも地球の年齢（約46億年）の10%に達するもの。
これらは太陽系の形成以前の恒星にて生じた原子核合成 Nucleosynthesis の残りかす。
i.g. U.uran ウラン238（T1/2=4.5×109 y）、ウラン235（T1/2=0.7×109 y）などが天然に存在が、
ウラン235は、ウラン238に対して138倍も稀少。

第2はRa. radium ラジウム226 (T1/2=1602 y) 。
これらはウラン238、ウラン235やTr. thorium トリウム232などの
第1のグループの放射性崩壊の連鎖により形成される。

第3は炭素14といった核種、別の核種から宇宙線による核破砕 cosmic ray spallation により生じ。

核実験や原子炉などで人工的に生成可能である核種は2000種類以上知られており、
理論上存在が予想されているものを含めるとその数は約6000種類にも。



と　たのしい演劇の日々

Alchemy of Actor Biochemistry 02 icon of chemistry periodic table 周期表

周期表は原則的に、左上から原子番号の順に並ぶよう作成される。
周期表上で元素はその原子の電子配置に従って並べられ、似た性質の元素が規則的に出現す。

周期表の配列は、原子の中心に位置する核が保持する陽子の個数に基づいて付けられる原子番号順に並ぶ。
陽子が1個である水素から始まり、1マス進むごとに陽子が1つ多い元素記号を示しながら並ぶ。
周期律に沿って改行され、2段目・3段目…と順次追加。
そのため、左から右へ、また上から下へ行くにつれて原子番号が大きな元素が並ぶ。
原子には陽子数（原子番号）と同じ数の電子があり、それが陽子核のまわりに電子殻層を形成し存在。
この殻は複数あり、電子は基本的に内側から順番に埋まってゆく。
そして、最も外側にある電子（価電子）は化学反応などの変化においてやりとりがしやすく、
その個数が元素の性質を決める要因。

ところが、単純に電子殻を内側から埋めてゆく法則は、アルゴン（18）までにしか当てはまらない。
現在のところ電子殻が複数定められており、内側からK・L・M・N・O・P・Qと名称が続く。
それぞれには収まる電子の最大数が決まっており、
K殻=2個、L=8、M=18、N=32、O=50。
さらにこれは、構成原理に基づくエネルギー準位によって電子が順に埋まる電子軌道（亜殻）に分けられる。K殻は2個の電子が入る1s軌道、
L殻は2個の電子が入る2s軌道と6個の電子が入る2p軌道、以下、
M殻（3s軌道=2個、3p軌道=6個、3d軌道=10個）、
N殻（4s=2、4p=6、4d=10、4f=14）、
O殻（5s=2、5p=6、5d=10、5f=14、…）、
P殻（6s=2、6p=6、…）、
Q殻（7s=2、…）。
このうち第4周期において、4s軌道は3d軌道よりも先に電子が満たされる傾向である。
そのためカリウム（19）からニッケル（28）まではM殻に空席がある状態で
N殻の4s軌道に電子が配置され、これが最外殻として元素の性質を形作る。
そして、周期表のへこんだ中央部にあるこの元素群は表の横方向で近似した傾向を備え、
これらに該当する3–11族は遷移元素、このような特性は第4周期以降の長周期と呼ばれる部分で現る。
この現象が起こる理由について、M殻内の電子同士が負電荷で反発するために起こると説明す。


分類

族（group/family）
周期表における縦方向の集合。
この族は元素を分類する上で最も重要な方法と考えられている。
いくつかの族に当る各元素の特性は非常に似かより、原子量が多くなる方向で明らかな傾向が見られる。
この族名称、
アルカリ金属（alkali metals）、
アルカリ土類金属（alkaline earth metals）、
ニクトゲン（pnictogens）、
カルコゲン（chalcogens）、
ハロゲン（halogens）、貴ガス（noble gases）。
第14族元素など周期表におけるその他の族は垂直方向での近似性があまり見られず、
基本的に族の数字で表されることが多い。

現代の量子力学理論が要請する原子の構造は、族が持つ傾向で説明され、
特性ごとに分ける上で最も重要な要素に影響を与える原子価殻において
電子配置が同一である原子は同じ族に含まれる。
同じ族の元素グループには原子半径・イオン化エネルギー・電気陰性度の傾向にも近似性が見られる。
上から下に行くにつれ全体のエネルギー値が高くなるため、
原子価電子は原子核から遠くなってゆき、
元素の原子半径は大きくなる。
原子全体が電子を捕まえる力は強くなるため、
下に行くほどイオン化エネルギーは小さくなり、
同様に原子核と原子価電子の距離が長くなるにつれ電気陰性度も低くなる。



周期period

周期表のおける横方向の集合。
基本的に各元素の特性に族で示される程の似かよった所は無い、
例外的な箇所は、遷移金属と、特にランタノイドやアクチノイドにおいて、
水平方向で近似性を持つ特徴が相当す。
この周期は、最外電子殻が内側から何番目であるかを表す。

同じ周期にある元素は
原子半径、イオン化エネルギー、電子親和力、電気陰性度のパターンで似た傾向を示す。
左から右に行くにつれ、一般に原子半径は小さくなる。
これは、元素に含まれる陽子の数は段々と増え、それに応じて電子が原子核にひきつけられるため。
これに伴ってイオン化エネルギーは大きくなり、貴ガスで最大。
原子半径が小さくなると全体を捉える力が強まり、電子を引き剥がに必要なエネルギーが大きくなる。
電気陰性度も同じく核による電子の牽引力が増すため大きくなる。
電子親和力の周期内による変化傾向はわずかである。
周期表左側にある金属元素は一般に、貴ガスを除いて右側の非金属元素よりも電子親和力は低い。



periodic table blockブロック

最外殻電子が元素の特徴に大きな影響を与える点を考慮して周期表を領域で分ける分類、
「最後の電子」が存在する亜殻の位置に応じて名称がつく。
sブロック元素はアルカリ金属とアルカリ土類金属のふたつの族に水素とヘリウムが加わるブロック。
pブロック元素は残り6つの族（13–18族元素）が該当し、半金属はここに含む。
dブロック元素は3-12族元素に当る遷移金属を包括。
通常、周期表の欄外に置かれるランタノイドとアクチノイドはfブロック元素。



その他

元素は他の集合でも分類され、周期表の縦横またはブロックでも示しにくい場合がある。
金属・半金属元素と非金属元素の区分は暗示的にしか表現されない階段状の斜め線で区別される。
その線の右側が非金属元素、左側が金属元素で、間に半金属が挟まれる。
金属が持つ典型的特徴である電子を放出しやすい性質は、周期表の左下で強くなる。

また、単体が常温常圧下で取る物質の状態（固体・液体・気体）もブロックでは表しにくい。
全体の傾向は水素と右上のヘリウム付近（窒素から右、塩素から右および貴ガス）が気体であり、
例外的に液体の相となる臭素と水銀とフランシウムを除いた元素は固体。
このような分類は、マスや文字色などそれぞれの周期表で工夫をこらした表現で示される。

と　たのしい演劇の日々

Alchemy of Actor Biochemistry 生化学 ０１

生化学の研究は、生化学に特有の技術を使用するが、
これらを遺伝学、分子生物学、生物物理学の分野で開発された技術や考え方と組み合わせる。
これらの分野の間に明確な境界線はない。
生化学は分子の生物学的活性に必要な化学を研究し、
分子生物学は分子の生物学的活性を研究し、
遺伝学はゲノムが担う分子の遺伝現象を研究する。

生化学 biochemistryは、
生体内で起こる化学物質と生命現象を研究す。
生化学は、生体分子の役割、機能、および構造に重点を置く。
生物学的過程の背後にある化学の研究や、生物学的に活性な分子の合成は、生化学の応用。
生化学は、原子および分子のレベルでの生命の研究。


遺伝学 geneticsは、
生物における遺伝的な差異がもたらす影響を研究す。
多くの場合、正常な構成要素（e.g, 構造遺伝子structural gene 1つの modifier gene ）の欠如から
推測することができる。
変異体mutant いわゆる野生型 WT,wild type あるいは正常な表現型 phenotype と比較して
1つか複数の機能的構成要素を欠く生物の研究。
遺伝的相互作用 epistasis は、
このような「ノックアウト gene knockout 」研究の単純な解釈をしばしば混乱させる。


分子生物学molecular biologyは、
分子の合成、修飾、機構、および相互作用に焦点を当てた、生命現象の分子基盤を研究する。
遺伝物質がRNAに転写され、さらにタンパク質 protein に 翻訳される
という分子生物学のセントラルドグマ central dogma は、単純化されすぎてはいるものの、
この分野を理解するための良い出発点。
この概念は、RNAの新たな役割の出現によって見直されている。


化学生物学 chemical biologyは、
小分子 small molecule に基づく新しいツールを開発し、
生体系への影響を最小限に抑えながら、その機能に関する詳細な情報を提供することを目指す。
さらに、化学生物学では、生体分子と合成装置との非天然ハイブリッドを作り出すために
生体システムを利用（e.g,,遺伝子治療や薬剤分子を送達できる空のウイルスキャプシド virus-capsid;
ウイルスゲノムを取り囲むタンパク質の殻のこと ）。


生物物理学biophysics）
生命システムを物理学と物理化学を用いて理解しようと試みる学際科学。
生物物理学は、分子スケールから一個体、果ては生態系まで、全階層の生物学的組織を研究対象とす。
生化学、ナノテクノロジー、生物工学、農学物理学、システム生物学と密接に関係し、
研究領域を共有することが多い。


分子生物物理学Molecular biophysicsは、
生化学や生物物理学が扱う生物学の問題に取り組むが、問題解決に対して定量的なアプローチを取る。
一細胞内におけるさまざまなシステム（e.g,RNA生合成、タンパク質生合成など）の間に起こる
相互作用の理解、およびこれら相互作用の調節機構の理解に挑戦する。
そしてこれらの問題を解くために、多種多様な実験手法が用いられる。

と　たのしい演劇の日々

Alchemy of Actor Biochemistry 生化学 00

体内・生物に関連する化学的プロセスを研究する学問。
化学と生物学の下位分野で、構造生物学、酵素学、代謝学の3つの分野に分けられる。
20世紀最後の数十年間で、生化学はこれらの分野を通じ、生命現象を説明することに成功。
生命科学のほとんどの分野は、生化学的な方法論と研究により解明され、発展。
生化学は、生きた細胞中や細胞間で生体分子に起こる過程を生み出す化学的基盤を研究、
それにより組織や器官、生物の構造と機能をより深く理解する。
生化学は、生物現象の分子機構を研究する分子生物学とも密接に関係。

生化学は、タンパク質、核酸、炭水化物、脂質などの
生体高分子の構造、結合、機能、そして相互作用を研究。
これら分子は、細胞の構造を作り、生命機能の多くの役割を担うまた、
細胞の化学的性質は、小分子やイオンの反応にも依存し
それには、水や金属イオンなどの無機物や、
タンパク質合成のためのアミノ酸などの有機物が含まれる。
細胞が、化学反応によって環境からエネルギーを取り出す機構は、代謝。



さまざまな種類の生物学的な生命には、約20種類の化学元素が不可欠。
地球上の希少元素の大半（セレンとヨウ素は除く）は生命に必要ではなく、
アルミニウムやチタンなど豊富に存在する一般的な元素の中には、生命に利用されないものもある。
ほとんどの生物は同じような元素を必要とするが、植物と動物には若干の違いがある。
、海洋性藻類は臭素を利用するが、陸上の動物や植物には必要ない。
ナトリウムはすべての動物で必要であるが、植物には必須でない。
逆に、植物にはケイ素とホウ素が必要だが、動物には不要か、あるいは極微量必要。

ヒトを含む生体細胞の質量のほぼ99%を、
炭素、水素、窒素、酸素、カルシウム、リンのわずか6元素が占める　
人体の大部分を構成するこれら6種類の主要元素とは別に、
ヒトはさらに18種類以上の元素を少量ずつ必要とす。

Element

　　　　　　　Symbol 　　percent mass 　　percent atoms

Oxygen 　　　O 　　　　　　　65.0 　　　　　　　24.0

Carbon 　　　C 　　　　　　　18.5　　　　　　　12.0

Hydrogen 　　H 　　　　　　　10 　　　　　　　62.0

Nitrogen 　　　N 　　　　　　　3.2 　　　　　　　1.1

Calcium 　　　Ca 　　　　　　1.5　　　　　　　0.22

Phosphorus 　　P 　　　　　　1.0　　　　　　　0.22

Potassium 　　　K　　　　　　0.4 　　　　　　　0.03

Sulfur 　　　　　S　　　　　　0.3　　　　　　　　0.038

Sodium 　　　　Na 　　　　　0.2　　　　　　　　0.037

Chlorine 　　　　Cl 　　　　　　0.2 　　　　　　　0.024

Magnesium　　　Mg 　　　　　　0.1 　　　　　　　0.015

All others 　　　　　　　　　　　　　< 0.1 　　　　　< 0.3



生化学における4種類の主要な分子（生体分子）は、炭水化物、脂質、タンパク質、核酸。
多くの生体分子はポリマー（重合体）。
モノマー（単量体）は比較的小さな高分子で、
それらが脱水合成と呼ばれる過程で互いに結合し、生体高分子形成。また、
さまざまな高分子が集合して、より大きな複合体を形成し、これは生物学的活性に必要。



と　たのしい演劇の日々

Alchemy of Actor Signal transduction 05



�CGタンパク質共役型受容体（Gi）・・・アセチルコリン受容体（M2、M4）

三量体Gタンパク質にはGαの違いによって大きく分けてGs、Gi、Gqの3種類あり。

Gsはアデニル酸シクラーゼを活性化するタイプ、
Giはアデニル酸シクラーゼを抑制するタイプ、
GqはPLC（ホスホリパーゼC）を活性化するタイプ。

アセチルコリン受容体には、
イオンチャネル性の受容体と Gタンパク質共役型受容体の２種類あり。

ムスカリン性アセチルコリン受容体 (Gタンパク質共役型のアセチルコリン受容体のこと)、
M1~M5の５種類あり。

このうち、M2とM4はGiと共役しているGタンパク質共役型受容体（Gi）。

そのため、アセチルコリンが
7回膜貫通型のGタンパク質共役型受容体
ムスカリン性アセチルコリン受容体（M2あるいはM4）に結合すると、アデニル酸シクラーゼが抑制。

・ムスカリン性アセチルコリン受容体（M2とM4）はGiと共役しているGタンパク質共役型受容体（Gi）

・Gαiはアデニル酸シクラーゼを抑制し、細胞内のcAMP濃度を減少させる





�DGタンパク質共役型受容体（Gq）・・・アセチルコリン受容体（M1、M3、M5

Gタンパク質共役型のアセチルコリン受容体のうち、
M1とM3とM5はGqと共役しているGタンパク質共役型受容体（Gq）。

そのため、アセチルコリンが
7回膜貫通型のGタンパク質共役型受容体ムスカリン性アセチルコリン受容体（M1,M3.M5）に結合すると、
ホスホリパーゼC（PLC）を活性化、
ホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸（PIP2）を分解、
ジアシルグリセロール（DG）とイノシトール３リン酸（IP3：イノシトール1,4,5-三リン酸）を産生。

ジアシルグリセロール（DG）とイノシトール３リン酸（IP3）はセカンドメッセンジャーとして働き、
ジアシルグリセロール（DG）は細胞膜上でプロテインキナーゼC（PKC）を活性化。一方、
イノシトール３リン酸（IP3）は小胞体からのCa2＋の放出を促進、
プロテインキナーゼC（PKC）を活性化、
カルモジュリン/Ca2＋結合タンパク質を介して
カルモジュリン依存性プロテインキナーゼ（CaMキナーゼ）も活性化。

・ムスカリン性アセチルコリン受容体（M1,M3,M5）は
Gqと共役しているGタンパク質共役型受容体（Gq）

・GαqはホスホリパーゼC（PLC）を活性化し、
ジアシルグリセロール（DG）とイノシトール３リン酸（IP3）を産生



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Alchemy of Actor Singlal trandsuction 04



�AEGFやFGFなどの受容体・・・酵素共役型受容体（チロシンキナーゼ型受容体）



MAPK（MAPキナーゼ）のリン酸化の連鎖反応: MAPキナーゼカスケード

EGFやFGFなどの成長因子が受容体に結合すると、
自己リン酸化とアダプタータンパク質のリン酸化を介し、
GRB2とSOSの複合体が活性化される。
SOSは低分子量Gタンパク質であるRasに対するGEFとして作用、Rasを活性化。

活性化されたRasは、MAPKKK（MAPキナーゼキナーゼキナーゼ）であるRafをリン酸化して活性化。
活性化されたRafはMAPKK（MAPキナーゼキナーゼ）であるMEKをリン酸化して活性化。
そして、活性化されたMEKはMAPK（MAPキナーゼ）であるERKをリン酸化して活性化。

このようにして、Ras-Raf-MEK-ERKの経路（ERK経路）が活性化される。

MAPキナーゼカスケードには、ERK経路の他にもp38経路、JNK経路などがあり。

一方、EGFやFGFなどの受容体は
インスリン受容体と同じチロシンキナーゼ型の受容体なので、PI3K-Akt経路も活性化する。





�BGタンパク質共役型受容体（Gs）・・・グルカゴン受容体

グルカゴンが7回膜貫通型のGタンパク質共役型受容体であるグルカゴン受容体に結合すると、
α,β,γの三つのサブユニットから成るGタンパク質のαサブユニットからGDPが解離し、
GTPが結合するグアニンヌクレオチド交換反応が起こる。これによりGタンパク質は活性化。

その後、GTPが結合した活性型Gタンパク質はアデニル酸シクラーゼを活性化、
これがATPからcAMPへの合成を促進。
cAMPはセカンドメッセンジャーとしてPKA（プロテインキナーゼA）を活性化。
PKAとは、cAMPによって活性化されるプロテインキナーゼのこと。

7回膜貫通型Gタンパク質共役型受容体であるグルカゴン受容体に共役しているGαサブユニットは、
アデニル酸シクラーゼを活性化し細胞内cAMP濃度を上昇させるが、
このようにアデニル酸シクラーゼを活性化するタイプのGタンパク質Gsと呼ぶ。

・グルカゴン受容体はGsと共役しているGタンパク質共役型受容体（Gs）

・Gαsはアデニル酸シクラーゼを活性化し、細胞内のcAMP濃度を上昇

・cAMPはセカンドメッセンジャーとしてPKAを活性化しシグナル伝達を行う




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Alchemy of Actor Singlal trandsuction 03






受容体を介した代表的なシグナル伝達の例

�@インスリン受容体・・・酵素共役型受容体（チロシンキナーゼ型受容体）

「PI3K/Akt経路」インスリンの経路　その反応の酵素の名前から。



インスリンがインスリン受容体に結合すると、
インスリン受容体はインスリン受容体がもつチロシンキナーゼ活性により自己リン酸化。
これによってチロシンキナーゼ活性がさらに活性化され、
今度はアダプタータンパク質の一種IRS（insulin receptor substrate）をリン酸化。

次にリン酸化されたIRSはPI3キナーゼ（ホスファチジルイノシトールの３位をリン酸化する酵素）を活性化、細胞膜上のPIP2（ホスファチジルイノシトール2リン酸）を
PIP3（ホスファチジルイノシトール3リン酸）に変換。
このPIP3はドッキングサイトとしてプロテインキナーゼB（PKB、Akt）や
PDK1（ホスファチジルイノシトール依存性プロテインキナーゼ）を細胞膜に呼び寄せる。
その後、細胞膜に呼び寄せられたPKB（Akt）はPDK1によってリン酸化され、
活性型PKB（活性型Akt）に変換。
このようにして生じた活性型PKB（活性型Akt）は細胞膜を離れてさらに下流のタンパク質をリン酸化。

Aktの働きの一つにmTORC1（mechanistic target of rapamycin complex1）の活性化あり。

活性化されたAktはまず、
TSC2（Tuberous Sclerosis Complex 2：結節性硬化症複合体2）タンパク質をリン酸化して阻害。

TSC2は
TSC1やTBC1D7との３量体からなる複合体（TSC：TSC1-TSC2-TBC1D7）を形成しているが、
AktによりTSC2がリン酸化されることによって、リソソーム膜から解離。
TSCは、
mTORC1を活性化する低分子量Gタンパク質Rhebに対するGTPase活性化タンパク質
（GTPase- activating protein：GAP）として働くことで、
普段はmTORC1を阻害。

一方、活性化されたAktがTSC2をリン酸化してRhebの抑制が解除されると、
RhebによってmTORC1は活性化。

活性化されたmTORC1は、
標的タンパク質S6K（リン酸化されたS6Kは40Sリボソームタンパク質S6のリン酸化を介し翻訳を促進）や4EBP（リン酸化された4EBPは翻訳開始因子eIF4Eから解離し翻訳を促進）
をリン酸化することによって、タンパク質合成（翻訳）を促進。

・インスリン受容体はチロシンキナーゼ型受容体

・インスリンはPI3K-Akt経路を介してmTORC1を活性化

・mTORC1はS6Kや4EBPをリン酸化して翻訳を促進



と　たのしい演劇の日々

Alchemy of Actor Signal transduction02

シグナル伝達の仕組みを理解するために、
どのようにしてシグナル分子が活性化されたり不活性化されるのかを探る。

シグナル伝達の様式、

・Gタンパク質guanine nucleotide-binding proteins, を介したシグナル伝達
・リン酸化phosphorylationを介したシグナル伝達
・セカンドメッセンジャーSecond messenger systemを介したシグナル伝達



【Gタンパク質】

とは、GTP結合タンパク質のこと。

GDPが結合している状態が不活性型で、GTPが結合している状態が活性型。

Gタンパク質は普段はGDPと結合した不活性型のGタンパク質として存在が、

刺激を受け、
Gタンパク質からGDP解離しGTP結合のグアニンヌクレオチド交換反応が起こり、
活性型のGタンパク質へ変換、シグナル伝達が行われる。

Gタンパク質は三量体Gタンパク質と低分子量Gタンパク質の２種類。

Gタンパク質共役型受容体（GPCR：G Protein-Coupled Receptor）、
この三量体Gタンパク質を介してシグナル伝達を行う、




【リン酸化を介したシグナル伝達】

多くのタンパク質は、さまざまな化学修飾を受けることによって
コンフォメーションや酵素活性などを変化させる。

タンパク質の化学修飾は、mRNAがタンパク質へと翻訳された後に行われるタンパク質の機能制御の機構で、特にタンパク質の翻訳後修飾と呼ぶ。

タンパク質の翻訳後修飾の代表的なものは、リン酸化

その他 アセチル化、メチル化、ユビキチン化、脂質付加、糖鎖付加などがあり。

タンパク質は、キナーゼ（リン酸化酵素）によってリン酸化され、
ホスファターゼ（脱リン酸化酵素）によって脱リン酸化される。

多くのタンパク質は、リン酸化や脱リン酸化を介して活性が調節される。

そのため、刺激によってキナーゼによるリン酸化　
ホスファターゼによる脱リン酸化を受けることで、
タンパク質が活性化されシグナル伝達が行われる。

またリン酸化により活性化されるタンパク質も多いが、
中にはリン酸化により不活性されるタンパク質もあり。



タンパク質の翻訳後修飾の主な働き

・リン酸化・・・タンパク質の活性の制御など

・アセチル化やメチル化・・・タンパク質の活性の制御など

・ポリユビキチン化・・・プロテアソームによる分解の指標

・脂質付加・・・細胞内局在などを制御（細胞膜への埋め込み、小胞体膜への埋め込みなど）

・糖鎖付加・・・膜タンパク質に多く見られる



【セカンドメッセンジャー】

とは細胞膜で受容体が受け取ったシグナルを細胞内で中継する分子のこと。
ちなみに、受容体に結合するシグナル分子がファーストメッセンジャー。

セカンドメッセンジャー、

・cAMP
・ジアシルグリセロール（DG）とイノシトール３リン酸（IP3：イノシトール1,4,5-三リン酸）
・Ca2＋

などがあり。

以下、これらの
セカンドメッセンジャーを産生するエフェクター分子と
セカンドメッセンジャーにより活性化される分子をまとめ。

・アデニル酸シクラーゼ→cAMP→プロテインキナーゼA（PKA）

・ホスホリパーゼC（PLC）→ジアシルグリセロール（DG)とイノシトール３リン酸（IP3）→
プロテインキナーゼC（PKC）やカルモジュリン依存性プロテインキナーゼ（CaMキナーゼ）

・イオンチャネル→Ca2＋→カルモジュリン依存性プロテインキナーゼ（CaMキナーゼ）



と　たのしい演劇の日々

Alchemy of Actor Signal transduction01

細胞がどのようにして細胞外のシグナル分子を認識するのか?

細胞外のシグナル分子は、リガンド（受容体に特異的に結合する物質）として、細胞膜あるいは細胞内に存在する受容体に結合し、細胞内シグナル伝達を引き起こす。

受容体を２つのタイプに分類。

�@細胞膜受容体・・・Gタンパク質共役型受容体、酵素共役型受容体、イオンチャネル共役型受容体
�A細胞内受容体・・・核内受容体



【細胞膜受容体】

『Gタンパク質共役型受容体GPCR』

水溶性のシグナル分子は、脂質二重層からなる細胞膜を通過することはできないので、
細胞膜に存在する受容体を介しシグナル伝達す。

Gタンパク質：グアニンヌクレオチド結合タンパク質。
は「GDPあるいはGTPが結合するタンパク質の総称」。

このGタンパク質はGDPが結合している状態が不活性型で、GTPが結合している状態が活性型になる。
そのため、Gタンパク質は、このGDPとGTPの結合状態を変化させることによって、
さまざまな刺激に応じて活性型と不活性型を行き来する。

このGタンパク質「三量体Gタンパク質」と「低分子量Gタンパク質」の２種類あり。



Gタンパク質共役型受容体は、この三量体Gタンパク質が結合している7回膜貫通型の受容体。
この7回膜貫通型の構造は、Gタンパク質共役型受容体の大きな特徴の一つ。

Gタンパク質共役型受容体にリガンドが結合するによって、Gタンパク質のαサブユニットからGDPが解離し、GTPが結合することで、細胞内シグナル伝達が進行。

この７回膜貫通型のGタンパク質共役型受容体には、アドレナリン受容体やグルカゴン受容体などがあり。

※現在市販されている薬の多くは、７回膜貫通型のGタンパク質共役型受容体をターゲット。



細胞内に存在し、受容体とは共役していない低分子量Gタンパク質には
GDPをGTPに交換する因子「グアニンヌクレオチド交換因子
（Guanine nucleotide Exchange Factor：GEF）」が結合し活性化す。

Gタンパク質自体は、弱いGTPase活性（GTPをGDPに加水分解する酵素活性）をもつが、
Gタンパク質自身では、活性化Gタンパク質を不活性型にすぐに戻すことはできん。

そこで、
細胞内にはGタンパク質がもつGTPase活性を活性化する
「GTPase活性化タンパク質（GTPase- activating protein：GAP）」因子が存在し　
活性型のGタンパク質を不活性型へ戻す。



『酵素共役型受容体』

とは、自身が酵素活性をもつ受容体あるいは、酵素が直接結合している受容体のこと。

細胞外のシグナル分子がリガンドとして、受容体に結合すると細胞内の酵素が活性化し、
細胞内シグナル伝達が進行。

Exa,チロシンキナーゼ活性をもつインスリン受容体。



『イオンチャネル共役型受容体』

とは、リガンドが結合することでチャネルが開口し、細胞内外のイオンを通過させるタイプの受容体



【細胞内に存在する受容体（核内受容体）】

疎水性のシグナル分子は、
脂質二重層からなる細胞膜を通過することができるので、細胞内に取り込まれ、
細胞内に存在する受容体（核内受容体）を介しシグナル伝達。

※核内受容体とは、普段は細胞質に存在するが、
リガンド結合により核内へと移行、転写因子として標的遺伝子の発現を調節するタイプの受容体。

これら疎水性の物質　exa,ビタミンAやビタミンDなどの脂溶性ビタミン、ステロイドホルモンなどがあり。



と　たのしい演劇の日々

Alchemy of Actor Signal transductionシグナル伝達　00



食事摂取で血糖値が上昇すれば、
インスリン(膵β細胞から分泌)は、標的細胞(骨格筋や脂肪組織など)に作用し糖取り込みが促進、
血糖値を低下させる。

これらの過程では、
まず「血糖値上昇」という刺激を受容し、
「インスリン」ホルモンの形で情報を伝達（情報を伝達する物質:シグナル分子）。

この情報が標的細胞に伝達され　
さらに細胞内でシグナル伝達が連鎖反応（シグナルが急速に増幅していく様式:カスケード）、
最終的に「血糖値低下」という応答が起こる。

このとき、細胞が細胞外のシグナル分子を感知し、細胞内にその情報を伝えていく過程：シグナル伝達



細胞はさまざまなシグナル分子の情報を同時に受け取り、細胞内でさまざまなシグナル伝達が交差し合う。別々のシグナル伝達が互いに独立した経路をたどるだけでなく、
それぞれが互いに影響しあって作用する：シグナル伝達のクロストーク



シグナル伝達　の３つの段階。

　「細胞間シグナル伝達」
　「細胞におけるシグナル分子の受容（受容体による認識）」
　「細胞内シグナル伝達」



【細胞間シグナル伝達】の５種類の様式。

�@エンドクリン型（内分泌型）：
細胞から分泌されたホルモンが血液を通って標的細胞まで運ばれるタイプのシグナル伝達の様式

�Aパラクリン型（傍分泌型）：
細胞から分泌された物質が局所的に近隣した細胞に作用するタイプのシグナル伝達の様式

�Bオートクリン型（自己分泌型）：
細胞から分泌された物質が自分自身に作用するタイプのシグナル伝達の様式。
分泌様式としては、パラクリン型（傍分泌型）と同じ

�C細胞接触型：
接触しあった細胞同士がその細胞の表面に提示した物質を通じて情報を伝達するタイプのシグナル伝達の様式（分泌型ではない）

�D神経型（シナプス型）：
神経細胞のシナプスから神経伝達物質が放出されることによって、情報を迅速に伝達するタイプのシグナル伝達の様式



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