細胞内膜系。 真核細胞の内膜系

【生物基礎】国試で狙われる細胞内小器官の役割【まとめ】

細胞内膜系

Cell-06 細胞内膜系 細胞の「うち」と「そと」 細胞内膜系 細胞膜と核膜および細胞小器官の膜を含めて、「細胞内膜系」といい、この膜系により細胞の「うち」と「そと」が厳密に区別されている。 細胞の膜成分 細胞小器官のうち小胞体、ゴルジ装置、リソソーム、分泌顆粒や小胞などの膜は細胞膜と共通の膜成分でできている。 核膜、ミトコンドリアの外膜、内膜なども、でき方は少し違う場合もあるが、良く似た構造(単位膜という)をしている。 膜成分の合成 ミトコンドリアなどを除き、小胞体膜が大部分の膜成分の合成部位である。 5nm、リン脂質の2重層(中間層の疎水基を両側面の親水基が挟む形の3層構造)この流動性の脂質層の中にタンパク質分子がモザイク状にはめ込まれた状態になっている。 タンパク質やリン脂質分子からは細胞の外側に向かって、糖鎖がのびる。 細胞膜の外表面の糖鎖集団は、Glycocalyxと呼ばれる厚さ50nmの糖衣を形成していて、細胞同士の認識や、接着に関与している。 細胞の外(と細胞内膜系の内腔)から細胞内(サイトゾル側)への物質移動は簡単ではない。 そのために、受容体・ポンプ・チャネル・トランスポーターなどのタンパク質分子が細胞膜の脂質層に浮かんでいる。 細胞膜では、受容体を利用して細胞外の物質からの情報を細胞内に伝えたり、ポンプ・チャネル・トランスポーターを利用して物質透過の選択をしたりしている()。 核膜の本態 核膜は内膜と外膜からなる。 核膜の切れ目が核膜孔であり、ここで核内膜と核外膜はつながっている。 核外膜は小胞体膜に連続している(つまり小胞体の一部!)。 核膜孔を通して核基質と細胞質の基質(サイトゾル)が連続することになる。 核と細胞質の間の物質の移動は核膜孔を通しておこなわれるが、その移動には一定の選択性がある。

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神経細胞内膜系の機能と制御機構

細胞内膜系

リン脂質の二重層でできている• 表面に 受容体(レセプター)をもつ• 遺伝情報( DNA)をもつ• 核膜という 二重の膜をもち、膜には 核膜孔という小さい穴があいている• 細胞内の核以外の部分を、細胞質といい• 細胞質には、細胞内小器官(オルガネラ)があり• オルガネラ以外の液体部分を細胞質基質という• 最重要事項は、 細胞質基質で解糖系が行われていること 以下に細胞内小器官(オルガネラ)の役割を書いていきます ミトコンドリア• 内膜と外膜という 二重膜で構成される• クエン酸回路や電子伝達系など 好気呼吸の場である• クエン酸回路はマトリックスという部分で行う• 電子伝達系は内膜のクリステという部分で行う• アンモニアの代謝である、尿素回路も一部ミトコンドリアで行う• ミトコンドリアDNAという独自の遺伝子をもっており、 母系遺伝する ミトコンドリアは非常に多くの役割を持っています まずはキーワードをチェックしてしまいましょう ゴルジ装置(ゴルジ体)• 分泌液・粘液の生成に関与• 糖鎖修飾が重要な役割 粗面小胞体と滑面小胞体 つぶつぶ(リボソーム)がついているのは粗面小胞体 粗面と滑面の違いは• 粗面小胞体:リボソームがある• 滑面小胞体:リボソームがない 重要なのは役割の違いです• 粗面:リボソームを主体とする タンパク質合成の場• 滑面:脂質の合成 リボソーム 基本的には小胞体に付着し 粗面小胞体として存在している かなり重要な役割を持っています• RNAの情報を元にしたタンパク質の 翻訳 RNAは核の転写で作られる 粗面小胞体のリボソームでRNAが翻訳されてタンパク質ができる これらの一連の流れをセントラルドグマという リソソーム(ライソゾーム) リソソームの役割は 分解です 特に 加水分解酵素を多く含み 異物や、古い小器官などを分解します 一番の注意事項は リボソームと名前が似ているので気をつける という点です、実際国試でも引っ掛け選択肢になることがよくあります ペルオキシソーム ペルオキシソームの役割は オキシ=oxygen すなわち、 酸化反応です 代表的な酵素として• オキシダーゼ• カタラーゼ この2つは覚えておきましょう! 国試 練習問題 細胞膜を構成するリン脂質二重層を容易に通過するのはどれか【DH】• グルコース• Kイオン• Naイオン• 脂肪酸 グルコース、ナトリウム、カリウムの3つは それぞれの対応したチャンネルを通過しなければいけません (グルコースの場合はトランスポーターといいます) 一方で、脂肪酸のような脂っぽいものは 脂質の二重層に溶け込み、容易に通過することができます よって答えは4の脂肪酸 電子伝達系が存在するのはどれか【DH】• 細胞膜• 核小体• ゴルジ装置• ミトコンドリア 正解はミトコンドリアです 正確には、電子伝達系はミトコンドリア内膜のクリステという部分 クエン酸回路はマトリックスになります 誤っているのはどれか【臨床検査技師】• 細胞質には解糖系酵素を含む• 核はRNAを多く含む• リソソームは加水分解酵素を多く含む• リボソームではタンパク質が合成される• ミトコンドリアはTCA回路の酵素を多く含む 誤っているのは 2. 核は RNA DNAを多く含む 核に主に含まれる遺伝情報はDNAです そのDNAを元にして コピーであるRNAを合成(=転写) RNAからリボソームがタンパク質を合成(=翻訳) これが基本の流れです 細胞膜の役割で正しいのはどれか【臨床検査技師】• 遺伝情報を複製する• エネルギーを産生する• 物質を選択的に透過させる• シグナルを伝達する受容体を有する• 遺伝情報に従ってタンパク質を合成する 正しいのは3と4です 3. 物質を選択的に透過させる 選択的に というのは能動輸送を表しています つまり、イオンチャネルやトランスポーターのことです 4.シグナルを伝達する受容体を有する 細胞膜はレセプターを持っています 例えばこれによって、 B細胞は抗原提示をできたり 薬が受容体に作用することで症状を軽減したり 受容体は非常に重要な構造であることがわかります 1.遺伝情報を複製する 遺伝情報は核の役割ですね 2.エネルギーを産生する エネルギー産生といえば ミトコンドリアです 5. 遺伝情報に従ってタンパク質を合成する タンパク質の合成は、 粗面小胞体・リボソーム の役割です 以上、細胞内小器官の役割でした! 基本事項ですが、もし出た時に 絶対点数を取れなきゃいけない部分でもありますね 油断してこういう分野で得点を落とすのはもったいないです がんばっていきましょう! ではでは!!.

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Introduction

細胞内膜系

細胞内膜系 メンブレントラフィックとは何かを知るためには、まず細胞内小器官=オルガネラ(organelle)について理解する必要があります。 真核生物は、細胞内部に細胞膜と同じ脂質2重層で囲まれた小部屋=区画(compartment)を持ちます。 これらの膜構造を、細胞内小器官あるいはオルガネラと呼びます(注1)。 オルガネラは、原核細胞から真核細胞へ移行する過程で細胞膜が陥入して特殊化したり、他の原核細胞が寄生したりして生じたと考えられています。 生体の膜は生存に不可欠な様々な生化学反応が行われる場ですが、巨大化した真核細胞では細胞膜だけでは膜の絶対面積が不十分であり、オルガネラの獲得は膜の増加という意味を持ちます。 さらには細胞質と隔絶された局所環境が形成されたので、代謝反応物の濃度を上げることによる反応の加速、分解酵素のような危険なものの隔離等が可能となりました。 結果、その膜と内部環境により各々が特別な機能を担うようになったオルガネラ群が真核細胞の複雑な営みを分業により支えているのです。 オルガネラの多く~小胞体、ゴルジ体、分泌小胞、被覆小胞、エンドソーム、リソソーム、オートファゴソーム、その他はお互い同士とさらには細胞膜とも膜及び内容物の交換を行い、動的なネットワークを形成しています(図1)。 この交換はランダムなものではなく、運ばれる対象(積み荷分子=cargo)及び行き先が厳密にコントロールされており、メンブレントラフィックと呼ばれる輸送システムが遂行します。 メンブレントラフィックがオルガネラ群を結んで造るネットワークすなわち細胞内膜系は、細胞膜との接続により外界と接する細胞の有効表面積を増大させると同時に、外部環境との大規模かつ多面的な相互作用を行うための装置として機能しています。 その働きは特に多細胞生物における細胞間の情報や物質のやりとりに極めて重要です。 これらのオルガネラでは細胞質と勝手には(自由拡散では)分子が往来しないこと、内腔は細胞の外部環境と空間としては等価であること、しかし常に連続しているわけではないことに留意する必要があります。 注1)以前は中心体などの膜以外の構造もオルガネラと呼んでいましたが、現在はオルガネラと膜区画はほぼ同義に用いられています。 ただしオルガネラには、単なる区画では無く固有の機能を持つ構造体というニュアンスがあります。 膜融合型輸送 図2 メンブレントラフィックの基本形:小胞輸送 送り手のオルガネラの膜の一部が瘤状に突出し(budding)、根本で括り取られて(Pinching off)輸送小胞(transport vesicle)となります。 その際、輸送小胞に入る内腔成分と膜成分の選別が行われます。 輸送小胞は特定の受け手オルガネラを選び(targeting)結合します(tethering)。 最後に膜融合(fusion)が起こり、内腔成分と膜成分の輸送が完了します。 メンブレントラフィック(membrane traffic)とは、膜の分裂や融合により、細胞膜とオルガネラの間、あるいはオルガネラ同士の間で分子が移動する過程を指します。 小胞輸送(図2)がよく知られていますが、メンブレントラフィックにはオルガネラ間の直接融合を含む多様な方式が存在します。 いずれの方式も膜融合を伴うので、メンブレントラフィックを膜融合型輸送と呼んでも良いでしょう。 しばしばメンブレントラフィックの同義語として用いられる膜輸送という言葉は、膜を透過して物質が移動するmembrane transportの訳語でもあるので、混同を避けるため我々は使用しません(注2)。 メンブレントラフィックは複雑な過程ですが、膜透過の場合と異なり輸送される分子のコンフォメーション変化を必要としない、膜の成分である膜タンパク質や脂質も輸送できる、一度に他種類の分子を大量に運べる等数々の利点を持ちます。 メンブレントラフィックの役割は、必要に応じてタンパク質や脂質を所定の場所に送り届けることです。 それを通して、小胞体で新たに合成されたタンパク質のその機能の場(他のオルガネラや細胞膜)への輸送、細胞膜や各オルガネラの膜の恒常性維持、多くの細胞が持つ極性の形成、情報伝達物質の放出や取り込み、栄養摂取、抗体分泌など多岐に渡る細胞外環境との相互作用等様々な機能を担っています(表1)。 メンブレントラフィックによる外部との相互作用や細胞極性形成は、とりわけ個体における多細胞社会の成立に不可欠です。 これらの機能を果たすために特定の分子を選び(あるいは排除し)特定の場所に運ぶメカニズムが存在します。 分子選別は各オルガネラが輸送によって均質化してしまうことを回避するためにも必要です。 メンブレントラフィックによる輸送の流れは、小胞体からゴルジ体を経て細胞膜に至る分泌経路、ゴルジ体からエンドソームへ向かう生合成経路、細胞膜からエンドソームを経てリソソーム乃至細胞膜に至るエンドサイトーシス経路、細胞質からオートファゴソームを経てリソソームに至るオートファジー経路に大別されます(図1)。 注2)研究所一般公開の際の当研究室のポスターを見たご婦人(国語の先生?)から、カタカナが多すぎると非難されました。 我々もできれば日本語を使用したいのですが、メンブレントラフィックについては今のところ良い訳語がありません。 膜融合型輸送はどうでしょうか。 選別は、運ぶ物の選択乃至運ばない物の排除という形を取ります。 あるいは、残るべきものが運ばれてしまった場合に、元の場所に戻す(retrieve)という処置が執られることもあります。 選別は物理化学的には、タンパク質同志もしくはタンパク質と脂質間の特異的な相互作用によって成立します。 小胞輸送では、積み荷分子に付けられたタグを、オルガネラ膜に待機している特異的分子が識別し、それに連動した細胞質側の小胞形成装置によって特定の積み荷分子を含む輸送小胞が出芽します。 タグの実体は、特定のアミノ酸配列であったり、糖鎖であったり様々です。 形成された輸送小胞は、特定の受入膜を識別し特異的に融合します(図2)。 相手膜の認識も、鍵と鍵穴のような関係の分子間相互作用に基づきます。 哺乳類細胞のような大型の細胞では、細胞骨格系(微小管およびアクチンファイバ)をレールとしてモーターたんぱく質の働きによって輸送小胞を受け手オルガネラまで効率よく運搬する仕組みも存在します。 すでに述べたように、メンブレントラフィック=小胞輸送ではありません。 例えばエンドソーム系やオートファジーでは別の輸送形式が使われています(詳しくは、各輸送経路の章で述べます)。 しかし、それらのシステムにおいても分子間相互作用による選別と標的化は同じく基本原理となっています。 一見安定した存在であるかのようなオルガネラですが、それは絶え間なく起こっているメンブレントラフィックのただなかで選別輸送の結果成立している動的平衡状態とみなされます。 (文責:吉森).

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