今日勉強したこと25生命科学基礎

こんにちは、すのーです!

では早速内容に入っていきましょう!

 細胞骨格

細胞骨格を作る3種類のタンパクフィラメントは成分や機械的特性、細胞内での役割が異なります。

細胞内での分布も違います。

中間径フィラメント

中間径フィラメントロープ状の線維で直径は約10nm、これらを構成するのは糸状の中間径フィラメントタンパク質です。

中間径フィラメントのあるものは、核膜内膜の直下にある核ラミナという網目構造を作ります。

ほかに、細胞質を横断して細胞に構造強度を与えるものや、上皮組織で細胞質を貫いて、細胞間結合どうしをつなぎ、機械刺激を分配するものもあります。

中間径フィラメントは非常に柔軟で引っ張り強度に優れ、機械刺激を受けると変形しますが、断裂することはありません。

中間径フィラメントロープ状で長くねじれたタンパク質からなります。

単量体がより合わせコイル状の二量体になります。

より合わせコイル状の二量体2個がずれて重なり四量体を作ります。

そして8個の四量体が並列して結合します。

さらに8個の四量体が加わってフィラメントが伸長します。

中間径フィラメントには極性がありません。

どちらの端も区別がつかないということです。

中間径フィラメントは大きく4種類に分類されます。

ケラチンビメンチンニューロフィラメント核ラミンです。

前の3つは細胞質に分布しています。

ケラチン(keratins)は上皮や表皮に特に多く分布しています。

神経細胞にはニューロフィラメント(neurofilaments)があります。

結合組織や筋組織、グリア細胞にあるのはビメンチン(vimentin)です。

核ラミン(nuclear lamins)は核の形を保持(裏打ち)して補強します。

核膜の内膜の内側にあります。

核ラミナ構造といいます。

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核ラミナの異常は早老症というまれな疾患を引き起こすことがあります。

1~2歳から老化が始まってしまうという病気です。

表皮水疱症は皮膚ケラチンの破壊から起きます。

筋ジストロフィーは筋肉の中間径フィラメントの破壊により生じます。

神経変性はニューロフィラメントの破壊から起きます。

魚鱗癬(ぎょりんせん)はケラチン遺伝子の異常から起きます。

微小管

微小管チューブリンでできた中空の筒で、長く真っ直ぐに伸びでおり、通常は一方の端が中心体と呼ばれる微小管形成中心にくっついています。

外側の直径は25nmでアクチンフィラメントや中間径フィラメントよりも固くて柔軟性に乏しく、引っ張られるとちぎれます。

微小管には特性があり、ー端と+端があります。

微小管は通常形成中心から伸長します。

分裂していない時期は、中心体から伸び縮みするのです。

このときは中心体が形成中心になります。

分裂期は紡錘体極が起点になります。

繊毛や鞭毛の微小管は”9+2”配列を取ります。

このときには基底小体が起点になっています。

微小管は球状のチューブリン構成単位からなる中空の筒です。

αサブユニットとβサブユニットがヘテロダイマという二量体を作っているものが1つの構成単位です。

α、βが交互につながっているので、端にあるサブユニットが異なりますね。

α側を+端、β側をー端といいます。

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Figure 17-11 Essential Cell Biology

13本合わさって管状になります。

チューブリン中心体の核形成部位を起点に重合します。

中心体には小さい穴がぽこぽこ空いています。

そこにー端がくっつきます。

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Figure 17-12 Essential Cell Biology

伸びたり縮んだりするというのが、微小管のもう1つの特徴です。

これを動的不安定と言います。

GTP加水分解微小管動的不安定を制御します。

チューブリンGTPがくっつきます。

それがくっつくと結合力が増します。

GTP-チューブリンになるのです。

なので、どんどんヘテロダイマとくっつくことが出来て、伸びていくのです。

GTP加水分解されてGDPになると、結合力が弱くなります。

GDP-チューブリンになると脱重合するのです。

なので、結合が外れていって短縮していきます。

微小管は何もずっと伸び縮みしているわけではありません。

微小管はキャップみたいな先端側がくっつけるようなものにくっつくと伸び縮みをやめます。

モータータンパク質は球状頭部を使って微小管に沿って動きます。

モータータンパク質はトラックみたいなものです。

ダイニン(dynein)キネシン(kinesin)があります。

動ける方向が違うのです。

キネシンが+端に運びます。

ダイニンはー端に運びます。

いろんなキネシンダイニンがあります。

運べるものが違うのです。

ATP加水分解が細胞内でモータータンパク質に方向性を持った動きを生み出します。

頭部にATP分解酵素があります。

ATPアーゼ活性有りです。

微小管神経細胞の軸索内で細胞小器官や小胞、巨大分子の外向きや内向きの輸送路となります。

微小管付随タンパクはモータータンパクです。

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キネシンダイニンは特定の細胞小器官や小胞などの積荷を細胞の決まった場所に運びます。

キネシンは小胞体を荷物として微小管にそって細胞の末端まで運んでいきます。

ダイニンゴルジ体を核の近くに引っ張り込みます。

繊毛と鞭毛の微小管は”9+2”配列を取ります。

1個1個のチューブが管状になってそれが2個で1個のセットとして9個周りに並びます。

そして中心に2個微小管があるから”9+2”配列になるわけです。

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太いやつのー端側は基底小体にくっついて先端まで伸びています。

モータータンパク線毛ダイニンです。

管と管の間を留めるタンパク質があります。

線毛ダイニンは微小管が積荷として運ばれます。

尾部に微小管が結合するのです。

線毛ダイニンが動くと積荷の微小管も動きます。

連結タンパク質があると、線毛ダイニンが動いたときに歪みが生まれます。

それが全体として湾曲する力になるわけです。

カルダゲナー症候群は線毛ダイニンの先天異常で起こる疾患です。

細胞骨格

アクチンフィラメント

アクチンフィラメント(ミクロフィラメントともいう)は、アクチンタンパクらせん状重合体です。

直径約7nmの柔軟な構造で、真っ直ぐな束や平面の網、立体的なゲルなどさまざまな形を取ります。

アクチンフィラメントは細胞全体に分布していますが、細胞膜直下の皮膚に特に集中しています。

アクチンフィラメントのおかげで真核細胞は様々な形をとり、各種の機能を果たします。

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アクチンフィラメントは細くて柔軟なタンパク質の糸です。

アクチンフィラメント右巻き二重らせん構造を取っています。

アクチンチューブリンは似た仕組みで重合します。

アクチンフィラメントも+端ー端があり極性を持ちます。

構成しているタンパク質はアクチン球状重合体です。

アクチンの場合はATPがくっつきます。

ATP-アクチン、ADP-アクチンができるってことです。

繊維状になってフィラメント状になっているものをアクチンフィラメント(F-actin)といいます。

アクチンの単量体はG-actinです。

アクチンフィラメントではトレッドミル現象、微小管では動的不安定が重合体の長さを制御します。

細胞質にG-actinが程よい量あるとトレッドミル現象が起こります。

+端の方にATP-アクチンがくっついてきます。

そして、-端からADP-アクチンが外れていきます。

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アクチン結合タンパクがアクチンフィラメントの振る舞いを制御しています。

アクチンもいろんなタンパク質と架橋することにより安定化します。

細胞はアクチンを使ってアメーバ運動で這い回ります。

細胞膜内の細胞皮層というところにアクチンはたくさんあります。

細胞皮層とは細胞膜内面に接している特殊化した細胞質の層です。

アクチンフィラメントが重合、脱重合して細胞が動きます。

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興奮から骨格筋の収縮弛緩 収縮連関

アクチンミオシンとともに収縮装置を作ります。

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Figure 17-36 Essential Cell Biology

ミオシンモータータンパク質になってくれます。

Ⅰ型ミオシンは最も単純なミオシンモータータンパク質です。

頭部にATPアーゼ活性があります。

立体構造を変えながら進んでいくのです。

+端の方に動きます。

Ⅰ型ミオシンは単量体でも動けます。

筋収縮はアクチンとⅡ型ミオシンの束によって起こります。

Ⅱ型ミオシンは二量体を作ります。

双極性があります。

双極性とはお互いが反対側を向いているということです。

ミオシンフィラメントと言って繊維状になります。

サルコメアは筋肉の収縮単位です。

筋収縮の滑り機構では収縮と弛緩を繰り返しています。

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ミオシンアクチンフィラメントへの滑り込みのサイクルは以下です。

ATPがない状態ではミオシン頭部アクチンと強く結合しています。

死後硬直はこの状態です。

1,ATPミオシン頭部に結合し、アクチンとの結合部位が開きアクチンとの結合が外れる

ミオシン頭部の立体構造が変化します。

2,ATP加水分解により、結合部位が閉じ、頭部が前方に傾く

アクチンミオシンと解離します。

3,傾いた前方でミオシン頭部アクチンと弱く結合

立ち上がりです。

4、リン酸がミオシン頭部から離脱し、頭部はアクチンと強く結合

ミオシン頭部の立体構造が変化します。

遷移状態になります。

5,ミオシンが 細いフィラメントに沿って滑り込む(あるいはミオシンが細いフィラメントを手繰り寄せる)(張力発生)

パワーストロークが起きます。

力の発生です。

6,ADPを放出

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収縮の引き金となっているのは神経の興奮とCa2+濃度の上昇です。

筋収縮はCa2+の急激な増加によって始まります。

T管(横行管)は細胞膜が内部に入り込んだものです。

刺激はT管を通ってきます。

筋小胞体から大量のCa2+が細胞質に放出されます。

アクチンフィラメントにはトロポニン複合体、トロポミオシンが巻き付いています。

トロポミオシンは、普段はミオシン頭部アクチンがくっつかないように邪魔していうるのです。

Ca2+が来ると、カルシウムイオンがトロポニンの立体構造が変化します。

トロポニンはCa2+感受性タンパク質なのです。

そうするとアクチンミオシンがくっつけるようになります。

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トロポニンCがくっつけるようにする働きをするトロポニンです。

Ca2+濃度が下がれば元の状態になります。

弛緩するときにはCa2+濃度を下げます。

そのときにはポンプのようにして筋小胞体にCa2+が取り込まれます。

今日学んだことは以上になります!

書いた内容がなにかしら助けになれば幸いです。

何か間違いがあれば指摘していただければありがたいです。