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2006年05月

ゴルジ体ってなあに?まだまだわからない細胞内の不思議

科学大好き!アイラブサイエンス!このブログでは、最新科学の?をなるべくわかりやすくコメントします。
 
 
中学校の理科で学ぶ細胞。細胞はどんなものが集まってできていますか?

正解は、核、細胞膜、液胞、葉緑体、細胞壁です。
 
では、植物細胞だけが持つものは?液胞、葉緑体、細胞壁です

ここまで覚えれば普通の生活に困ることはありません。しかし、今やナノテクの時代。科学は小さな細胞の中のさらに小さな器官のはたらきまで研究し、役立てようとしているのです。
 
今日はちょっと謎がわかった細胞の中のゴルジ体のお話です。(新潟大学農学部応用生物化学科HPLifeScienceTutorial HP参考) 

 
 
ゴルジ体 理研が解明 細胞生物学論争に決着

細胞内でたんぱく質を加工したり、たんぱく質の行き先を振り分けている小器官「ゴルジ体」が働く仕組みを、理化学研究所などの研究チームが解明した。仕組みを説明するモデルは2説あったが、横河電機などと共同開発した新型レーザー顕微鏡で生きた細胞を実際に観察し、細胞生物学の十数年にわたる論争に決着を付けた。英科学誌「ネイチャー」の電子版に14日発表した。

ゴルジ体は平たい袋状の膜が重なった構造をしている細胞の中で作られたたんぱく質は、この膜の中で糖や脂質を付加され、機能に応じて細胞内外に送り分けられる。研究チームは、酵母のゴルジ体で働く酵素を赤や緑の蛍光物質で染め、新型顕微鏡で観察した。

その結果、働く酵素の種類に応じて膜の性質が変化し、たんぱく質に作用することが分かった。膜は安定した状態で存在し、たんぱく質がその間を移動する過程で糖などが付加されるとする説もあったが、今回の研究で否定された。

研究チームの中野明彦・理研主任研究員は「新薬の開発や生命科学に幅広く応用できる」と話している。(須田桃子 毎日新聞 2006年5月15日 東京朝刊)

 

ゴルジ体ってなあに?

ゴルジ体(Golgi body)は真核細胞(核を持つ細胞)の細胞小器官の一つである。
ゴルジ(Golgi)とは発見者の名である。
分泌タンパク質や細胞外タンパク質に糖鎖を付加したり、リボゾームタンパク質のプロセシングを担っている。

リボソームや
小胞体でから運ばれてきたタンパク質はゴルジ体を通過する。このとき、タンパク質に糖鎖が付加され、ゴルジ体より分泌される。

ゴルジ体から生じる小胞をゴルジ小胞という。ゴルジ小胞によって、各層間や周辺の細胞小器官との物質の授受が行われている。

動物細胞のゴルジ体は、
を取り囲むように存在しているが、植物細胞では、独立して存在する。

 

ゴルジ体(2万倍)         ゴルジ体の構造

M 核 ER 小胞体 G ゴルジ体

 

ゴルジ体の形と構造は?

ゴルジ体は小胞体と近接して存在する場合が多い。
小胞体側をシス・ゴルジ網(CGN:Cis Golgi Network)、その反対側の面をトランス・ゴルジ網(TGN:Trans Golgi Network)という。

ゴルジ体は、シス・ゴルジ網とトランス・ゴルジ網とで、特性が大きく異なり、役割も異なっている。

ゴルジ体は、細胞分裂時に全体が数百の小胞に分断され、細胞全域に分散する。
細胞分裂が完了すると、集合して再構成される。


細胞の中にはどんなものがあるの?

細胞の中あるいはそのまわりには細胞の形態や機能に直接関りをもつ種々の器官が存在する。これらのものを細胞小器官と呼び、細胞壁のように細胞膜の外に存在するものもある。いずれにしても脂質の膜で形作られている膜系細胞小器官と脂質の膜を持たない非膜系細胞小器官に大まかに分類される。

膜系細胞小器官(Membranous organelles)

細胞膜 (plasma membrane cytoplasmic membrane, plasmalemma)
核(nucleus, nuclei (pl.), nuclear (adj.))
核小体( nucleolus, nucleoli (pl.), nucleolar (adj.))
ミトコンドリア (mitochondrion, mitochondria (pl.), mitochondrial (adj.))
葉緑体 (chloroplast, chloroplastic (adj.) )
小胞体 (endoplasmic reticulum, endoplasmic reticula (pl.) )
滑面小胞体 (smooth endoplasmic reticulum, ...reticula (pl.) )
粗面小胞体 (rough endoplasmic reticulum, ...reticula (pl.) )
液胞 (vacuole, vacuolar (adj.))  
ペルオキシソーム (peroxisome,peroxisomal (adj))
白色体 (leucoplast)
ゴルジ小胞 (golgi vesicles)
リソソーム (lysosome、 lysosomal (adj))
ディクチオソーム (dictyosome、dictyosomal (adj.))
ゴルジ(golgi)
タンパク質顆粒、タンパク質小体 (protein body, protein bodies (pl)
収縮胞 (contractile vacuole)
食胞 (food vacuole)
グリオキシゾーム (glyoxysome)
デスモソーム (desmosome)
細胞間連絡(plasmodesmata )

非膜系細胞小器官(Non-membranous organelles)

細胞骨格 (cytoskeleton) 
中心小体 (centriole )
リボソーム (ribosome, ribosomal (adj.))
ポリソーム (polysome, polysomal (adj.) )
細胞壁 (cell wall )


今回ゴルジ体の何がわかったの?

ゴルジ体はタンパク質に糖質を付加させるはたらきがあることは、わかっていましたが、その時はたらく酵素によって、ゴルジ体の膜が様々に形を変えて反応を起こしていることが初めてわかりました。

まるで、おにぎりを握るようにタンパク質を加工しているイメージが浮かびます。


新型レーザー顕微鏡とは?

電荷結合素子(CCD)カメラの200倍の感度があるハイビジョンカメラ、1枚の画像を得るのに1千分の1秒しかかからないレーザー顕微鏡(光学顕微鏡のひとつ)などを合わせた新システムを開発。

分解能50ナノメートルで、100分の1秒ごとに生きた細胞内部の変化を調べられるようにした。

従来の光学顕微鏡は分解能300ナノメートル程度。

前に紹介したナノレンズでは分解能40ナノメートル。

電子顕微鏡なら分解能は0.3ナノメートル程度まで可能。しかし、試料を真空中に入れる必要があり、細胞を生きたまま観察できない。 

 

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遺伝子スイッチに進化の謎を解く鍵を発見!

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ヒトのゲノムが完全解読されてから3年の月日が流れた。遺伝の謎もどんどん解明されている。
 
無味乾燥の記号の羅列だったAGCTのゲノムもカラフルにわかりやすく工夫して描かれるようになった。
 
そしてDNAからつくられるRNA、RNAからつくられるタンパク質の立体構造が美しいCGで描かれ、分子全体の様子が手に取るようにわかるようになってきた。まるでタンパク質美術館にいるかのようだ。
 
今回は遺伝子、DNA、RNA、プロモーター、タンパク質について調べた。(国立遺伝研究所 HP引用
 
 
美しいタンパク質立体構造図
 
     
卵白リゾチームの構造             トリプシンの構造
 

遺伝子スイッチ 
従来の6倍以上の19万個も 理化学研

遺伝情報が書き込まれたヒトのDNA上で、遺伝子にスイッチを入れる「プロモーターと呼ばれる領域が、従来の6倍以上の約19万個もあることを理化学研究所などの研究チームが発見した。

また、プロモーターは一つなのに、遺伝情報の読み取り開始部分が場合によって変わり、多種類のRNA(リボ核酸)が生成されることも分かった。こうした仕組みが、高等動物の進化にかかわっている可能性があるという。米科学誌「ネイチャー・ジェネティクス」電子版に29日発表した。

研究チームは、DNAに書き込まれた遺伝情報をもとに生成された約1400万個のRNAを分析した。ヒトのゲノム(全遺伝情報)には約3万個のプロモーターがあると考えられてきたが、実際には約19万個あることが分かった。

従来は、一つのプロモーターに対し、RNAの生成に必要な情報の読み取り開始地点がただ1カ所決まるとされていた。

しかし、今回の解析からは、プロモーターは一つなのに、読み取り開始地点がさまざまに変わるケースがあることが分かった。新タイプのプロモーターは全体の約7割を占め、従来型はむしろ少ないことも判明した。

理研ゲノム科学総合研究センターの林崎良英・プロジェクトディレクターは「新タイプのプロモーターやそれによって調節される遺伝子が、高等動物の進化や複雑さを知る上で重要な可能性がある」と話している。(永山悦子、高木昭午 毎日新聞 2006年4月29日)

 

遺伝子スイッチとはなあに?

DNAからはRNAがつくられるが、DNA上にある、RNAをつくりはじめるスイッチになるところ。プロモーターという。

 

プロモーターとは?

転写の際に、RNA ポリメラーゼが最初に DNA に結合するDNA の結合領域のこと。RNA ポリメラーゼはプロモータを認識し、そこに結合して転写を開始する。DNAのプロモーター領域の後ろ(下流という)に遺伝子をコードした領域がある。

 

転写とは?

DNA の情報(塩基配列)を RNA の塩基配列としてコピーすること。その際に、DNA の2本鎖のうちの一方(遺伝子の乗っている方)の情報だけが転写される。

 

DNAとは?

遺伝子を構成する物質。塩基として、アデニン(A)、チミン(T)、グアニン(G)、シトシン(C)を持つ4種類のデオキシリボヌクレオチド三リン酸がホスホジエステル結合によって重合したものであり、DNA鎖二本でらせんを形成する(DNA二重らせん)。

 DNA立体構造

RNAとは?

DNAと同様に4種類のヌクレオチドが連なって構成される物質。その働きは、DNAから遺伝情報を転写し伝達するmRNA、リボゾームの大部分を構成するrRNA、タンパク質を合成する際にアミノ酸の運びやとして働くtRNA、DNAの複製を開始するのに必要なRNAプライマーなど、様々である。

DNAとは3つの点で異なる。
1.DNAを構成するヌクレオチドの糖部分がデオキシリボースであるのに対し、RNAでは、リボースである。

2.DNAを構成する4種類のヌクレオチドの塩基部分は、アデニン(A)、チミン(T)、グアニン(G)、シトシン(C)であるが、RNAでは、チミン(T)の代わりにウラシル(U)を加えたA、U、G、Cの4種である。

3.二重らせんではなく、一本鎖で存在する(部分的に二重らせんになることもある。)。

 

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