生物学生物学

和田　勝和田　勝

第４回　多様な細胞の形と働きは　　　　　タンパク質のおかげ第４回　多様な細胞の形と働きは　　　　　タンパク質のおかげ

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次へ移る前に次へ移る前に小テストをしましょう。教科書とノートを閉じてください。教科書とノートを見ないで、次のスライドの問いに答えて、該当する番号のマークを塗りつぶしてください。 15問あります。

小テストをしましょう。教科書とノートを閉じてください。教科書とノートを見ないで、次のスライドの問いに答えて、該当する番号のマークを塗りつぶしてください。 15問あります。

小テスト（図の番号に該当する名称を語群から選んで　　　　　　　　　　　番号で答えなさい）小テスト（図の番号に該当する名称を語群から選んで　　　　　　　　　　　番号で答えなさい）

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１）アクチン繊維２）ゴルジ装置（体）３）ミトコンドリア４）リボソーム５）核６）核小体７）核膜８）細胞膜９）粗面小胞体10）微小管

１）アクチン繊維２）ゴルジ装置（体）３）ミトコンドリア４）リボソーム５）核６）核小体７）核膜８）細胞膜９）粗面小胞体10）微小管

11）正しいのはどれ？11）正しいのはどれ？

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マークシートの 11番以降に、正しいと思う答えの番号を塗りつぶしてください。

1. これは葉緑体で矢印はチラコイド2. これはミトコンドリアで矢印はクリステ3. これはゴルジ装置で矢印は中間槽4. これは小胞体で矢印は粗面小胞体5. これは核で矢印は核膜

12）次の構造の内で細胞内の運動に関係ある構造は　どれ？

12）次の構造の内で細胞内の運動に関係ある構造は　どれ？1. ゴルジ装置

2. 小胞体3. ミトコンドリア4. 中間徑繊維5. 微小管

13）動物細胞の細胞表面にある膜タンパク質には糖　鎖が付加されているが、これらのタンパク質は_______ 　で合成され、 _______内で糖鎖が付加される。

13）動物細胞の細胞表面にある膜タンパク質には糖　鎖が付加されているが、これらのタンパク質は_______ 　で合成され、 _______内で糖鎖が付加される。

1. ミトコンドリアのリボソーム；滑面小胞体2. サイトゾールのリボソーム；細胞膜3. サイトゾールのリボソーム；滑面小胞体4. ゴルジ装置；粗面小胞体5. 粗面小胞体；ゴルジ装置

14）次の細胞小器官のうちでエネルギー変換に関係　あるものは？

14）次の細胞小器官のうちでエネルギー変換に関係　あるものは？1. リソソーム

2. 液胞3. 葉緑体4. ミトコンドリア5. 3と 4

15） 9:3:3:1 の比が得られるのは、15） 9:3:3:1 の比が得られるのは、1. 二遺伝子の交配で遺伝子は連鎖している場合2. 二遺伝子の交配で遺伝子は別の染色体に載っている場合 3. 一遺伝子の交配で優性と劣性が明確でない場合4. 上のいずれの場合でも起こる5. 上のいずれの場合も起こらない

小テストは小テストはこれでおしまいです。これでおしまいです。

細胞の形細胞の形たとえば膵臓で、膵液中の酵素をつくる細胞はこんな形をしていました。

たとえば膵臓で、膵液中の酵素をつくる細胞はこんな形をしていました。

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電子顕微鏡像電子顕微鏡像

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細胞の形細胞の形網膜にある光感受細胞は、右図のような構造をしています。

網膜にある光感受細胞は、右図のような構造をしています。

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細胞の形と働きは細胞の形と働きはタンパク質によって決まります。タンパク質によって決まります。

膵臓の細胞は、消化酵素タンパク質をつくるように特化しています。一方の網膜の光受容細胞は、光を感じるタンパク質、ロドプシンをつくって光を感じるように特化しています。

膵臓の細胞は、消化酵素タンパク質をつくるように特化しています。一方の網膜の光受容細胞は、光を感じるタンパク質、ロドプシンをつくって光を感じるように特化しています。

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細胞の形と働きを細胞の形と働きを理解するためには、細胞でどのようにして特定のタンパク質が作られているかを理解する必要があります。

理解するためには、細胞でどのようにして特定のタンパク質が作られているかを理解する必要があります。まず最初におさえておく点は、一般的な細胞の形と働き。これは前回お話しましたね。

まず最初におさえておく点は、一般的な細胞の形と働き。これは前回お話しましたね。

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サイトゾールサイトゾール

細胞小器官が浮かんでいる液体部分をサイトゾール（ cytosol）と言います。

細胞小器官が浮かんでいる液体部分をサイトゾール（ cytosol）と言います。13

特に重要な細胞小器官は特に重要な細胞小器官はこれからのお話に特に関係する細胞小器官は、核、リボソームと粗面小胞体、ゴルジ装置です。

これからのお話に特に関係する細胞小器官は、核、リボソームと粗面小胞体、ゴルジ装置です。

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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。

タンパク質タンパク質

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生体を構成する主な元素生体を構成する主な元素生体を構成する主な元素 *は、

　炭素（C ）、酸素（O ）、水素（H ）、窒素（N ）、リン（ P ）、イオウ（S）

です。これらの原子から生体を構成する分子ができています。

* 原子とほぼ同じ意味ですが、原子というのは実体のある粒子を意味し、元素は種類を区別するために使う名称です

生体を構成する主な元素 *は、

　炭素（C ）、酸素（O ）、水素（H ）、窒素（N ）、リン（ P ）、イオウ（S）

です。これらの原子から生体を構成する分子ができています。

* 原子とほぼ同じ意味ですが、原子というのは実体のある粒子を意味し、元素は種類を区別するために使う名称です

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生体を構成する主な分子生体を構成する主な分子生体を構成する主な分子は、生体を構成する主な分子は、

　１）タンパク質　２）脂質　３）炭水化物　４）核酸

　１）タンパク質　２）脂質　３）炭水化物　４）核酸

です。すべて（生体）高分子で、基本的な単位（単量体、モノマー）がつなぎ合わさってできています。

です。すべて（生体）高分子で、基本的な単位（単量体、モノマー）がつなぎ合わさってできています。 17

生体を構成する主な分子生体を構成する主な分子脂質を除いて、生体高分子はそれぞれ単位となるモノマーが重合してできています。

脂質を除いて、生体高分子はそれぞれ単位となるモノマーが重合してできています。　１）タンパク質　２）脂質　　３）炭水化物　４）核酸

　１）タンパク質　２）脂質　　３）炭水化物　４）核酸

←アミノ酸←脂肪酸と　　グリセロール←単糖類← ヌクレオチド

←アミノ酸←脂肪酸と　　グリセロール←単糖類← ヌクレオチド

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生体を構成する主な分子生体を構成する主な分子

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生体を構成する主な分子生体を構成する主な分子

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原子間の結合原子間の結合

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化学の復習です。原子間の結合には次の 2つがあることをこれまで学びましたよね。

化学の復習です。原子間の結合には次の 2つがあることをこれまで学びましたよね。

共有結合（ covalent bonds）イオン結合（ ionic bonds）共有結合（ covalent bonds）イオン結合（ ionic bonds）

次に述べる水分子は、酸素原子と水素原子が共有結合した分子です。次に述べる水分子は、酸素原子と水素原子が共有結合した分子です。

水分子水分子高分子のお話をする前に、まずサイトゾールの主成分である「水」についてよく理解しておくことが必要です。

高分子のお話をする前に、まずサイトゾールの主成分である「水」についてよく理解しておくことが必要です。

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「水」は溶媒として非常に特異的で、優れた性質を有しています。これは水分子の形によって決まるのです。

「水」は溶媒として非常に特異的で、優れた性質を有しています。これは水分子の形によって決まるのです。

水分子水分子分子にも形があります。水分子は次のような構造をしています。分子にも形があります。水分子は次のような構造をしています。

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水の性質水の性質

水は H2O水は H2O

電荷の偏りがある 電荷の偏りがある

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水の性質水の性質そのため２個の水分子が近づくとそのため２個の水分子が近づくと

H ＋ -O － ---H ＋ -O － -H ＋

水分子同士の水素結合のために、分子量が小さいにもかかわらず水はきわめて粘性が高く、また沸点も氷点も高いという性質がうまれます。

水分子同士の水素結合のために、分子量が小さいにもかかわらず水はきわめて粘性が高く、また沸点も氷点も高いという性質がうまれます。

このような結合を水素結合といいます。

このような結合を水素結合といいます。

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水水液体の水は、この水分子の集まりです。ものすごくたくさんの数です。１リットルの水は、およそ 3.4ｘ 1025 個の分子の集まりです。

液体の水は、この水分子の集まりです。ものすごくたくさんの数です。１リットルの水は、およそ 3.4ｘ 1025 個の分子の集まりです。

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水の三態水の三態気体（水蒸気）

気体（水蒸気）

液体液体 固体（氷）固体（氷）

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水は水はたいていの場合、下のように書くのは煩雑なので、省略されています。前回に出てきたサイトゾールは本当はこんな感じなのです。

たいていの場合、下のように書くのは煩雑なので、省略されています。前回に出てきたサイトゾールは本当はこんな感じなのです。

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水の性質水の性質タンパク質のような大きな分子も水が周りを包んで（水和という）、溶かすことがます。

タンパク質のような大きな分子も水が周りを包んで（水和という）、溶かすことがます。

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生体を構成する主な分子生体を構成する主な分子１）タンパク質＝アミノ酸 Ｘ ｎ個４）核　　　　酸＝ヌクレオチド Ｘ ｎ個

１）タンパク質＝アミノ酸 Ｘ ｎ個４）核　　　　酸＝ヌクレオチド Ｘ ｎ個アミノ酸は 20 種類あります。アミノ酸は 20 種類あります。

RNH2-C-COOH H

RNH2-C-COOH H

R （側鎖）が 20 種類あるということで、赤い部分はすべてのアミノ酸で同じです。

R （側鎖）が 20 種類あるということで、赤い部分はすべてのアミノ酸で同じです。

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アミノ酸は 20 種類アミノ酸は 20 種類 R ONH2-C-C H OH

R ONH2-C-C H OH

一番、単純なアミノ酸はグリシンで、 RはH です。

一番、単純なアミノ酸はグリシンで、 RはH です。

H ONH2-C-C H OH

H ONH2-C-C H OH

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アミノ酸は 20 種類アミノ酸は 20 種類ロイシンは、次のような形をしています。 R は -CH2-CH(CH3)2

です。

ロイシンは、次のような形をしています。 R は -CH2-CH(CH3)2

です。 CH3 CH3

CH HCH ONH2-C-C H OH

CH3 CH3

CH HCH ONH2-C-C H OH

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アミノ酸は 20 種類アミノ酸は 20 種類アルギニンは、次のような形をしています。 R は -CH2-CH2-CH2-NH-C-（ NH) -(NH2) です。

アルギニンは、次のような形をしています。 R は -CH2-CH2-CH2-NH-C-（ NH) -(NH2) です。H2N NH

C 　 NH HCH HCH HCH ONH2-C-C H OH

H2N NH C 　 NH HCH HCH HCH ONH2-C-C H OH33

アミノ酸は 20 種類アミノ酸は 20 種類Rの部分は、大きさと、水となじみがあるか (水素結合を作れるか、親水性といいます）、水とはなじみが悪いか（なるべく水から遠ざかろうとする、疎水性）の性質の組み合わさったものが 20 種類あるということです。

Rの部分は、大きさと、水となじみがあるか (水素結合を作れるか、親水性といいます）、水とはなじみが悪いか（なるべく水から遠ざかろうとする、疎水性）の性質の組み合わさったものが 20 種類あるということです。20 種類あるたくさんのビーズに糸を通したものがタンパク質だと考えてみてもいいでしょう。

20 種類あるたくさんのビーズに糸を通したものがタンパク質だと考えてみてもいいでしょう。

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アミノ酸は 20 種類アミノ酸は 20 種類

これが20 種類のビーズ

これが20 種類のビーズ

四角で囲んだ部分は共通

四角で囲んだ部分は共通

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タンパク質タンパク質タンパク質はたくさんのアミノ酸がつながったもの（ポリマー）

タンパク質はたくさんのアミノ酸がつながったもの（ポリマー）

アミノ酸は脱水縮合で鎖のようにつながる。まずは 2つを例に。

アミノ酸は脱水縮合で鎖のようにつながる。まずは 2つを例に。

H2O アミノ酸 2つなので、これをジペプチドと呼びます。

アミノ酸 2つなので、これをジペプチドと呼びます。

ペプチド結合といいます。ペプチド結合といいます。

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タンパク質（アミノ酸 4つ）タンパク質（アミノ酸 4つ）

これはテトラペプチドの場合。タンパク質（ポリペプチド）はたくさんのアミノ酸。

これはテトラペプチドの場合。タンパク質（ポリペプチド）はたくさんのアミノ酸。

Ｎ末端Ｎ末端

Ｃ末端Ｃ末端

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タンパク質（アミノ酸たくさん）タンパク質（アミノ酸たくさん）

Ｎ末端Ｎ末端

Ｃ末端Ｃ末端

NH2-NH2--COOH-COOH

水色系＝親水性緑　系＝疎水性水色系＝親水性緑　系＝疎水性

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タンパク質タンパク質アミノ酸の並び方（配列、 sequence）をタンパク質の一次構造といいます。

アミノ酸の並び方（配列、 sequence）をタンパク質の一次構造といいます。

それでは二次構造は？それでは二次構造は？

ペプチド結合を作っている＞C=Oと＞ NHの間に水素結合ができ、部分的に規則的な繰り返し構造が生じます。これを二次構造といいます。

ペプチド結合を作っている＞C=Oと＞ NHの間に水素結合ができ、部分的に規則的な繰り返し構造が生じます。これを二次構造といいます。39

α ヘリックス構造α ヘリックス構造

タンパク質の二次構造タンパク質の二次構造

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βシート構造βシート構造タンパク質の二次構造タンパク質の二次構造

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タンパク質の高次構造タンパク質の高次構造タンパク質は、この２つの二次構造の組み合わせで構成されています。

タンパク質は、この２つの二次構造の組み合わせで構成されています。たとえば、酵素タンパク質であるリゾチームは、次のような構造をしています。

たとえば、酵素タンパク質であるリゾチームは、次のような構造をしています。

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タンパク質の高次構造タンパク質の高次構造

卵白リゾチーム卵白リゾチーム

Ball and stick 模型Ball and stick 模型 空間充填模型空間充填模型

α-helix and β-sheet 模型α-helix and β-sheet 模型

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タンパク質のはたらきタンパク質のはたらきタンパク質の表面にある、このような凹凸が、様々な機能を生み出すのです。

タンパク質の表面にある、このような凹凸が、様々な機能を生み出すのです。

生体の機能は、基本的にすべて、タンパク質分子が担っています。

生体の機能は、基本的にすべて、タンパク質分子が担っています。

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タンパク質を描くタンパク質を描くDavid S. Goodsellのサイトを見るとDavid S. Goodsellのサイトを見ると

サイズの感覚サイズの感覚

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サイズの感覚サイズの感覚

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20 nm

20 m

20 mm 2 mm 0.2 mm

2 m

2 nm 0.2 nm

0.2 m

サイズの感覚サイズの感覚

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DNAからタンパク質へDNAからタンパク質へDNAの遺伝情報をもとに、タンパク質がどのように作られるか、もう少し詳しいお話は、次週に続きます。

DNAの遺伝情報をもとに、タンパク質がどのように作られるか、もう少し詳しいお話は、次週に続きます。

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