Figure 15-4b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 10.1と図10.1A

局所的仲介物質1

近距離通信

Figure 15-4d Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 10.1.3aと図10.1

内分泌細胞

ホルモン分子

2

遠距離通信

血流

受容体蛋白質

15.7 Growth Hormone Receptor

Human growth hormone receptor is a dimer of two identical subunits. Only the

extracellular domains are shown. Its ligand, human growth hormone, binds in

a cleft between the two subunits to activate the receptor. The lack of symmetry

in this binding interaction is remarkable. While the receptor is a twofold symmetrical

structure with two identical subunits, the growth hormone is a single

chain asymmetric protein that binds as a monomer. Thus, the interfaces

between each receptor subunit and the hormone are completely different.

教科書 10.1.2と10.1.3a

情報：成長ホルモン(リガンド蛋白質)

ホルモン受容体(蛋白質)

3

遠距離通信

Figure 15-4a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 10.1.4と図10.1C

細胞同士の直接接触による情報伝達

4

超近距離通信

Figure 15-8 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 10.2.1動物細胞の運命は、複数の細胞外シグナル分子に依存する。

生存

分裂

分化

自死

適切なシグナルを受け取れないと…

5

Figure 15-6 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 10.2.2と図10.2

例）G蛋白質2012年ノーベル賞

情報！

6

シグナル伝達分子同士がバトンリレーをする↓

バトンリレーのアンカー選手（鍵となる蛋白質）が構造をかえる→

細胞質内のシステムが変化する

鍵となる蛋白質が合成される

情報を受け取ってからのんびり

情報を受け取ってからすばやく

細胞の挙動が変わる（例：分化、分裂、自死）

Figure 15-14d Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 10.2.3と図10.2

バトンリレー中の

情報分子

転写スイッチオフ 転写スイッチオン

受容体蛋白質の構造変化

7

鍵となる蛋白質をコードしているDNA

に結合できるようになり、DNA→mRNAへの転写がはじまる。

Figure 15-6 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 10.2.2と図10.2

情報！

8

受容体の活性化：「構造変化」した蛋白質が核内でDNAの特定の位置に結合してその付近のDNAの読み出し（転写；DNA→RNA)を促進する。

Figure 15-6 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 10.3と図10.2

情報！

9

受容体の活性化：早い情報伝達情報を受け取ってから、オンデマンドで必要蛋白質を合成するのではなく、すばやく細胞の挙動を変えるには？？

Figure 15-18a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 10.3.1

リン酸化によるシグナルオン／オフ 10

リン酸：０個 → １個オフ オン

情報！

とある蛋白質

どこにでもある分子

Figure 15-18b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 10.3.2

と図10.4

GTP結合によるシグナルオン／オフ11

リン酸：２個 → ３個オフ オン

情報！

（次のアニメーションで詳しく見せます） とある蛋白質

15.5 Ras蛋白質

The Ras protein is a representative example of the large family of GTPases that

functions as molecular switches. The nucleotide-binding site of Ras is formed by

several conserved protein loops that cluster at one end of the protein. In its inactive

state, Ras is bound tightly to GDP.

As a molecular switch, Ras can toggle between two conformational states

depending on whether GDP or GTP is bound. Two regions, called switch 1 and

switch 2, change conformation dramatically. The change in conformational state

allows other proteins to distinguish active Ras from inactive Ras. Active, GTPbound

Ras binds to, and activates, downstream target proteins in the cell signaling

pathways.

A space-filling model shows that the conformational changes between the

GDP and GTP bound forms of Ras spread over the whole surface of the protein.

The two switch regions move the most.

Ras hydrolyzes GTP to switch off; that is, to convert from the GTP-bound

state to the GDP-bound state. This hydrolysis reaction requires the action of a

Ras GTPase activating protein, or Ras-GAP for short. Ras-GAP binds tightly to

Ras burying the bound GTP. It inserts an arginine side chain directly into the

active site. The arginine, together with threonine and glutamine side chains of

Ras itself, promotes the hydrolysis of GTP.

教科書 10.3.2

と図10.4とp.88上コラム

GTP結合によるシグナルオン／オフ

12

Figure 15-60 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 10.3.2

と図10.4とp.88上コラムリン酸化による、蛋白質のリレー回路

13

Raf蛋白質がリン酸化

Mek蛋白質がリン酸化

Erk蛋白質がリン酸化

他のいろいろな蛋白質がリン酸化

細胞の挙動がかわる

10.3.2.,10.3.3 G蛋白質→リン脂質

14

2012年のノーベル賞の内容

結論：細胞膜は、単なる膜じゃなく、情報伝達リレー回路になっている。

細胞膜を貫通している蛋白質

外側の情報を受け取り内側に伝える司令塔だから、G蛋白質を支配するような物質は薬になりうる（実に創薬の3割はG蛋白質を標的とする）

細胞膜の内側にある

NHKのピタゴラスイッチのような仕掛けが皆さんの細胞膜には埋め込まれている

発展：

Figure 15-40 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 10.3.3

と前回の復習

15

カルシウムイオン濃度の上昇：「受精した」という情報の伝達

とにかく小さいから小回りがきき、すばやく細胞内を動き回れる。小胞体というオルガネラに閉じ込められており、細胞質（細胞全体）には普段はあまり存在しないレアな金属なので目印（情報伝達物質）として都合がよい。

補足：カルシウムイオンは（有機化合物でもないのに）情報伝達物質として多様されるわけ

Figure 15-34 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)教科書 10.3.4

セカンドメッセンジャー

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スイッチオン

スイッチオフ

補足２：情報伝達低分子化合物（ATP）が環化してスイッチになる：

ATPの多彩な役割：①DNAのパーツのひとつ②エネルギー貯蔵庫③スイッチ分子

Figure 15-4c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 10.4と10.1.3d

および図10.5

有髄神経伝達物質

電気（ナトリウムイオン由来）を利用した情報伝達

有髄神経

受け取った細胞の電位発生を促し、興奮させる

グルタミン酸(味の素)

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本日のまとめ：

1.細胞間情報伝達の方法は、いろいろある(図10.1)。

2.細胞間情報伝達分子の種類も、実にいろいろ。3.細胞が、外から情報伝達分子を受け取ると、細胞膜上の受容体蛋白質（G蛋白質）が構造変化を

起こして活性化し、細胞内に情報を伝える。4.細胞内でのシグナルオン／オフには、・情報伝達蛋白質のリン酸化やGTP結合・情報伝達低分子化合物の化学構造変換（PIのリン酸化、核酸モノマー(ATP)の環化）などが関わる。

5.神経伝達には、電気信号と神経伝達物質（低分子化合物）との両方が関わる。

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