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2023年02月13日
Alchemy of Actor Biochemistry 生化学 00
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
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
2023年02月12日
Alchemy of Actor Signal transductionシグナル伝達 05
Alchemy of Actor Signal transduction 05
④G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
⑤G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
と たのしい演劇の日々
④G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
⑤G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
と たのしい演劇の日々
2023年02月10日
Alchemy of Actor Signal transductionシグナル伝達 04
Alchemy of Actor Singlal trandsuction 04
②EGF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。
③G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
と たのしい演劇の日々
②EGF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。
③G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
と たのしい演劇の日々
2023年02月04日
Alchemy of Actor Singlal trandsuctionシグナル伝達 03
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
①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
受容体を介した代表的なシグナル伝達の例
①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
2023年02月03日
Alchemy of Actor Signal transductionシグナル伝達 02
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
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
2023年02月02日
Alchemy of Actor Signal transductionシグナル伝達 01
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。
①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
②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
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。
①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
②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。
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