細胞情報学　中間テスト　記述

生物の生体膜の基本構造は脂質二重膜であり、リン脂質が大部分を占めるが一部にコレステロールも含まれているため膜に硬さを与えている。脂質二重膜の所々にはたんぱく質が埋め込まれており、輸送体や受容体として重要な働きをしている。このよう膜タンパク質は、その他の構成要素として、脂質の親水性部分や膜タンパク質の一部に糖鎖が結合することがある。膜タンパク質のあるものは、ホルモンに代表される情報伝達物質の受容体として働き、細胞外の情報を細胞内に伝える役割を待っている。これは多細胞生物の生存に必須の仕組みであり、細胞膜が重要な役割を担っている。

DNAの遺伝情報は、RNAの塩基配列として転写され、それがアミノ酸に翻訳されてタンパク質ができる。これは一方向に流れるがこれをセントラルドグマといい、これに従って遺伝情報を利用することを遺伝子発現という。転写とは、DNAの塩基配列をRNAの塩基配列として写しとる過程をいう。転写された一定の長さのRNAをmRNAといい、酵素であるRNAポリメラーゼIIによって触媒される。 翻訳は細胞質に存在するリボソームで行われ、mRNAの3つの塩基であるコドンに対して1つのアミノ酸が指定される。

生物が食べた食物は、消化・吸収された後にグルコースとして細胞に配られ、ATPを産生しエネルギーが必要な様々な生命活動に使う。細胞質は、まずグルコースを解糖の過程によりピルビン酸にまで分解して、ATPを産生する。酸素が細胞へ供給されているときには、ピルビン酸がミトコンドリアに取り込まれ、マトリックスにあるTCA回路に入り、そこで炭素は二酸化炭素として奪われ、水素と電子はNADによって奪われて完全に分解される。そして、電子伝達系によってNADは水素と電子をミトコンドリア内膜上のタンパク質に渡し、電子は次々渡された後、最後に酸素に受け取られてH^+と反応して水となる。そして、酸化的リン酸化によってエネルギーをもらったタンパク質はH^+をマトリックスから膜間腔へくみ出し、H^+の濃度差をつくりだす。内膜にあるATP合成酵素は、この濃度差を利用してATPを合成する。

細胞骨格は一般に微小管、アクチンフィラメント、中間体フィラメントの3つに分けられる。微小管は細胞の形の維持に重要だが、同時に細胞分裂、細胞内輸送など様々な細胞運動に関係する。細胞分裂においては、特に染色体の分配で結合タンパク質と微小管によって形成される紡錘体と中心体が重要な役割を果たす。細胞内輸送においては、微小管結合タンパク質であるモータータンパク質としてキネシンとダイニンがある。キネシンの多くは微小管のプラス端に向かう順行性輸送を行い、ダイニンはマイナス端に向かう逆行性輸送を行う。アクチンフィラメントは、アクチン分子の重合により形成される。球状タンパク質をGアクチン、2本のプロトフィラメントがらせん状に巻いたものがFアクチンとよばれ、アクチンの重合過程では、GアクチンがATPと結合して会合し、ATPはADPに加水分解されることで、フィラメントの途中からでは解離できないが、解離自体はしやすくなる。アクチンフィラメントに関連する運動はミオシンによって行われ、ミオシンはアクチン上をATPのエネルギーを用いて動いていく。

細胞接着は特に上皮組織でよく観察できる。上皮細胞の側面では、細胞頂端側からタイト結合、アドヘンレス結合、デスモソームからなる接着複合体が形成されることで、細胞同士が強く接着し、所々に細胞間を連結するギャップ結合がみられる。タイト結合は主にクローディンとオクルディンというタンパク質であり、細胞間隙の物質透過性を制御する構造体である。アドレンス結合やデスモソームは、膜貫通タンパク質のカドヘリンを介して隣のアクチンフィラメントと連結するために細胞内にはカテニンなどの多くの細胞骨格蛋白質が介在する。 デスモソームは全身の組織でみられるが、特に皮膚、心筋、子宮頸部などに多く、カドヘリンスーパーファミリーのデスモグレインやデスモコリンが結合して細胞間をつなぎ止めている。ギャップ結合は、上皮や結合組織の殆どの組織に存在し、隣り合う細胞間で非常に密接な間隙(ギャップ)を形成する。ギャップ結合はコネキシンという蛋白質ファミリーによって形成される。コネキシン 6 分子が集合してコネクソンという半チャネルを形成する。分子量1,200 以下の分子はギャップ結合のチャネルを通過できるが、それより大きい分子は通過できない。ギャップ結合は電気的興奮を伝える電気シナプスとして働くことができる。cAMP やIP3などのメッセンジャー分子やアミノ酸、糖、ヌクレオチドもギャップ結合を通過することができる。