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Gタンパク質について調べてみると、その研究は現在も生化学の重要なテーマであり、古くは1960年代から始まっていることに驚く。

マーティン・ロッドベル博士は1960年代から活躍しているアメリカ合衆国の生化学者である。彼の発想は現代のロボットにも、あてはめられている最先端の感覚でとてもおもしろい。

1960年代、電子計算機科学と生物学との間に類似点が増加していくことにより、ロッドベルはコンピューターと生物の情報処理系が類似していると信じていた。

彼は個々の細胞が三種類の異なる要素、すなわち、弁別器、変換器、増幅器により構成された人工頭脳と類似していると主張した。

弁別器、すなわち細胞受容体は細胞外からの情報を外部から受け取る。変換器はその情報を細胞膜を通過させて処理する。増幅器はそれらの信号を増幅させ、細胞内で反応を開始させたり、他の細胞へ情報を伝える。

1969年12月及び1970年1月上旬、ネズミの肝膜の受容器上におけるホルモンの一種であるグルカゴンの働きを調べる研究チームで働く。彼はアデノシン三リン酸(ATP)がグルカゴンと細胞の受容器との結合をはずし、細胞から引き離すことを発見した。

その後、彼はグアノシン三リン酸(GTP)がATPより千倍早く引き離すことに気が付いた。彼はGTPが細胞の受容体からグルカゴンを引き離す要因であり、最初の実験ではGTPがATPの中に不純物として混入していたのではないかと推定した。

このGTPが、細胞内で強い代謝作用を持つグアニン・ヌクレオチド・タンパク質(後にGタンパク質と呼ばれる)の活性を刺激することを発見した。グアニンはシトシン、チミン、アデニンとともによく知られているDNAの構成物質である。

GTPにより活性化されたGタンパク質は変換器の主要な要素であり、弁別器と増幅器の間の重要な連結である。その後、細胞受容器にGタンパク質が付加されることにより、伝達の抑制と活性化をしばしば同時に行うと仮定し、後に証明した。言い換えると、細胞の受容体はいくつかの異なるプロセスを同時に行う事が出来るほど精密であった。

博士は「Gタンパク質およびそれらの細胞内情報伝達に関する役割の発見」により、
アルフレッド・ギルマン博士と共に1994年ノーベル生理学・医学賞を受賞した。
  
Gタンパク質とは何か?


Gタンパク質構成成分

Gタンパク質はグアニンヌクレオチド結合タンパク質(GuanineNucleotideProteine)の略称であり、セカンドメッセンジャー・カスケードに関連するタンパク質のファミリーである。細胞内の生化学的反応を切り替える「スイッチ」としてグアノシン二リン酸(GDP)をグアノシン三リン酸(GTP)へ替えるためこの名がついている。これを発見し調査したアルフレッド・ギルマン(Alfred Gilman)とマーティン・ロッドベル(Martin Rodbell)は1994年のノーベル生理学・医学賞を受賞した。

Gタンパク質はGTPアーゼという大きなグループに属している。「Gタンパク質」と言えば大抵は膜受容体関連ヘテロ三量体Gタンパク質(「大きな」Gタンパク質:全体の分子量は100kDa前後)を指す。これらのタンパク質はGタンパク質共役受容体により活性化され、α,β,γサブユニットからなる。

そのほかにrasの様な「小さな」Gタンパク質、つまり低分子量GTPアーゼ(分子量は20から30kDaほど)もあり、単量体で膜と結合していないが(ただし疎水性のアンカー[碇]分子と結合することで膜に局在するものはある)、やはりGTPおよびGDPと結合してシグナル伝達に関連する。

Gタンパク質は細胞で最も重要なシグナル伝達分子の一つであり、糖尿病、アルコール依存症、ある種の下垂体がんなどの疾病はGタンパク質の機能不全によるものであると考えられる。したがってそれらの機能、シグナル経路、タンパク質相互作用を理解することにより、治療や様々な予防措置が期待できる。

Gタンパク質3つの構造αβγ

受容体活性化Gタンパク質は細胞膜の内表へ結合し、Gα及び固く結合したGβγサブユニットから成る。リガンドがGタンパク結合受容体を活性化するとき、Gたんぱく質は受容体と結合して、持っているGDPをGαサブユニットから切り離し、GTPの新しい分子と結合する。この交換により、Gαサブユニット、Gβγ二量体、受容体がそれぞれ分離する。

Gα-GTPとGβγのそれぞれ別の『シグナリング・カスケード』(つまりセカンドメッセンジャー経路)とエフェクタータンパク質を活性化、その一方で受容体は次のGタンパク質と反応できる。Gαサブユニットは最終的にその固有の酵素活性により結合したGTPをGDPへ加水分解することで、Gβγと結合して新しい周期を始める。(出典:Wikipedia)
 

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