１　細胞学的基礎

はじめに
	多細胞生物：各種細胞群ー特殊機能
	胃腸系・呼吸系・泌尿系・循環系・生殖系・神経系・内分泌系

からだの構成
	細胞外液(ECF)
		O2・栄養素れ、代謝老廃物
		原始海水（生命発生）
		間質液（体細胞循環）
		血漿（cf.血球、全血量）
		全水分量(TWB)の1/3
	細胞内液
		全水分量の2/3

からだの組成
	タンパク質１８％、塩類７％、脂肪１５％、水分６０％
	体液の分布（図１・１）
		細胞内液（体重の４０％）、細胞外液（体重の２０％）
		ECF：血管内２５％、血管外７５％
		全血漿（体重の５％）、間質液（体重の１５％）
		全血量（体重の８％）

緩衝物質
	細胞外液：pH7.40±0.05
	緩衝能（緩衝作用）
	炭酸：H2CO3 = H+ + HCO3-
	タンパク質
	呼吸・腎臓

拡散
	熱運動：流体中の粒子
	正味の流束
	濃度勾配（化学的勾配）

浸透
	膜：溶質不通過、溶媒通過
	水：濃度勾配（溶質高濃度側へ浸透）
	図１・３
	浸透圧：溶媒浸透阻止圧力
	溶質粒子数
	理想溶液：　P = nRT/V
	オスモル
	活動度：イオン相互作用

血漿のオスモルと浸透張力
	血漿浸透圧濃度
		凝固点降下-0.54℃から計算：290mosm/L
		イオン濃度から計算：300mosm/L
	浸透張力
		等張・高張・低張
		０．９％食塩水
		５％グルコース：静脈内注射当初（等張）、代謝後（低張）
	血漿：290mosm/L
		270mosm/L（Na+と対イオンCl-, HCO3-）
		2mosm/L（タンパク質）
		5mosm/L（グルコース）：高血糖
		5mosm/L（尿素）：尿毒症
	高オスモル症：高浸透圧昏睡

細胞容積の調節
	低張細胞外液：膨張→チャネル活性化→K+, Cl-,有機物質流出
	高張細胞外液：萎縮
	有機浸透溶質

非イオン拡散
	イオン型：膜通過困難
	非イオン型→膜通過→解離
	消化管・腎臓
	Donnan効果
		膜を拡散できないイオン
		膜を拡散できるイオン：拡散できないイオンの影響で不均等分布
		
		K+  Cl-  Prot-  X
		ーーーーーーーー　膜
		K+  Cl-         Y

		Prot-：通過できない
		膜両側の陽イオン・陰イオン全濃度：等しい（電気的中性）
			（X側）[K+]=[Cl-]+[Prot-]
			（Y側）[K+]=[Cl-]
			[K+]x > [K+]y
			[K+]x + [Cl-]x + [Prot-]x > [K+]y + [Cl-]y
		Gibbs-Donnan式
			[K+]x[Cl-]x = [K+]y[Cl-]y
		意味
		１）細胞内にタンパク質
			→浸透圧活性粒子：細胞内に多い
			→浸透
			→細胞膨化
			Na+-K+-ATPase：イオン汲み出し
		２）透過性イオン：膜の両側で不均等分布
			→電位差
			→X側：負
			マクロ：正電荷数＝負電荷数
			膜周辺：電位勾配に対抗、K+,Cl-濃度勾配
		３）タンパク質濃度：血漿＞間質液
			毛細血管壁：イオン移動←Donnan効果

イオンを移動させる力
	Cl-濃度：細胞外液＞細胞内液
		濃度勾配：細胞外から細胞内へ拡散
	電位：細胞外＞細胞内
		電気的勾配：Cl-は細胞外へ
	内向き流束＝外向き流束
	平衡電位
	Nernst式
		パラメータ代入して
		ECl = 61.5 log [Cl-]i/[Cl-]o　（３７℃）
		    = -70mV
		EK  = 61.5 log [K+]o/[K+]i
		    = -90mV
		ENa = +60mV
	表１・２
	静止電位　-70mV
		Cl-：説明可能（他の力を考える必要ない）
		K+：濃度勾配・電気的勾配の計算よりも細胞内に多い
		Na+：逆に細胞外に多い
		能動輸送：Na+細胞外へ、K+細胞内へ
	Goldmanの定電場方程式
		[Na]o変化：影響少ない
		[K+]o増加：静止電位減少（脱分極）

膜電位発生機序
	K+濃度勾配：K＋チャネルから細胞外へ
	電気的勾配：内向き
	平衡状態：
		細胞外＝陽イオン多
		細胞外＝陰イオン多
	Na+-K+-ATPase
		細胞外へ：Na+　3個
		細胞内へ：K+　2個
		起電性：膜電位発生
	K+チャネル透過性：K+ > Na+

細胞間結合
	図１・１２
	タイトジャンクション
		細胞結合
		イオン透過抵抗
		細胞極性
	デスモソーム
	接着帯
	ヘミデスモソーム
	ギャップジャンクション
		細胞間分子交通
		図１・１３
		コネクソン
		細胞から細胞へ：
			電気的伝播
			化学メッセンジャー

ペプチド性ホルモン・タンパク質の合成
	図１・１９
	遺伝子：エクソン、イントロン
	プレmRNA：キャップ、ポリ(A)
	RNAプロセシング（スプライシング）
	mRNA（成熟）
	プレプロホルモン
		シグナルペプチド
	プロホルモン
	ホルモン
	化学的修飾
		糖鎖

翻訳後修飾
	水酸化、炭酸化、グリコシル化、リン酸化
	ペプチド切断

	分泌型
	細胞内小器官貯蔵型
	膜貫通型
		シグナルペプチド（リーダー配列）
		疎水性アミノ酸：１５〜３０個
		シグナル認識粒子(SRP)
		トランスコロン（小胞体ポア）
		シグナルペプチダーゼ
		Golgi装置（図１・２４）
	図１・２１

分泌型タンパク質
	プレプロホルモン
	→プロホルモン
	→ホルモン
	図１・２２
	エクソサイトーシス
	シグナル配列もたない分泌タンパク質
		インターロイキン：IL-1α、IL-1βなど
		ATP依存性膜トランスポーター
		ATP結合カセット(ABC)輸送タンパク質（図１・２３）

エクソサイトーシス
	分泌タンパク質
	↓小胞体
	↓Golgi装置
	↓分泌顆粒
	↓細胞膜融合
	↓開口分泌
	Ca2+、エネルギー、ドッキングタンパク質
	図１・２５
	非構成経路（調節経路）：Golgi装置、プロセシング
	構成経路：小胞→細胞膜へ
	図１・２４

エンドサイトーシス
	食作用（ファゴサイトーシス）
	飲作用（ピノサイトーシス）
	
	構成エンドサイトーシス
	受容体介在性エンドサイトーシス
		クラスリン被覆小窩
		初期エンドソーム
		後期エンドソーム
		リソソーム
		受容体再循環
		図１・２４
	カベオラ
		ビタミン取り込み
	エンドサイトーシス：細胞容積増加
		エクソサイトーシスとバランス

小胞輸送
	小胞コートタンパク質
	1) AP-1クラスリン
		trans Golgi→リソソーム
	2) AP-2クラスリン
		trans Golgi→エンドソーム
	3) COPI
	4) COPII
		小胞体→Golgi
	タグ
	１）Asp-Pro-any-Tyr
		細胞膜→エンドソーム
	２）マンノース６リン酸
		Golgi→エンドソーム
	小胞
		短距離：拡散移動
		長距離：微小管
	ドッキング
		小胞：V-snareタンパク質
		標的：T-snareタンパク質
	小分子GTP結合タンパク質
		Rabファミリー：移動加速
		Sec1ファミリー：移動減速

細胞膜内外のイオン分布
	図１・２６
	表１・２、表１・６

膜透過性と膜輸送タンパク質
	細胞内タンパク質・有機イオン：膜不透過
	小分子の透過性
		脂質二重膜
			水分子
			粒子サイズ
			脂質溶解性
			非電荷：CO2
			非極性（疎水性）：O2, N2
		輸送タンパク質・イオンチャネル・水チャネル
			選択的透過
			グルコース
			尿素
	パッチクランプ法
		細胞接着
		インサイドアウト
		全細胞
	イオンチャネル
		ゲート
		電圧作動性（Naチャネル）
		リガンド作動性（アセチルコリン受容体）
			外来性：神経伝達物質・ホルモン
			細胞内性：Ca2+, cAMP, Gタンパク
		機械的伸展
	担体（キャリア）
		促通拡散
			化学的勾配：高濃度→低濃度
			電気的勾配：陽イオン→負へ、陰イオン→正へ
			グルコーストランスポーター
				ECF→細胞内へ
		能動輸送
			エネルギー：ATP
			ATPase
			Na+-K+ ATPase(Na+-K+ポンプ）
			H+-K+ ATPase：胃粘膜、腎尿細管
			V-ATPase（プロトン）：Golgi装置、リソソーム
			F-ATPase(NADH, FADH)：ミトコンドリア
			Ca2+
		ユニポーター（単輸送体）
		シンポーター（共輸送体）
		アンチポーター（逆輸送体）

イオンチャネル
	K+, Na+, Ca2+, Cl-
	内向き整流性K+チャネル（図１・２８）
	電圧作動性K+チャネル（図１・２８）
	電圧作動性Na+チャネル（図１・２９）
	電圧作動性Ca2+チャネル（図１・２９）
	サイクリックヌクレオチド作動性
	上皮型Na+チャネル（アミロリド抑制性Na+チャネル）
		アルドステロン（体液量調節）
		ノックアウトマウス：肺でNa+・水→死亡
	Cl-チャネル
		細胞容積調節
		GABAA受容体、グリシン受容体

Na+-K+ ATPase
	ATP 1個：Na+　3個、K+　2個
	３：２連結比
	起電性ポンプ：正味1個正電荷、細胞外へ
	図１・３０
	αサブユニット：アイソフォーム3個
	βサブユニット：アイソフォーム3個
	活性調節
		セカンドメッセンジャー
			cAMP
			ジアシルグリセロール
			アラキドン酸誘導体
		インスリン
		Gアクチン
	数
		甲状腺ホルモン
		アルドステロン
	抑制
		ドーパミン（リン酸化）：Na利尿（腎臓）

二次性能動輸送
	図１・３１
	Na+-K+ ATPase消費エネルギー
		全身細胞：２４％
		神経細胞：７０％

毛細血管
	濾過
	コロイド浸透圧
		細孔（内皮細胞間結合部）
		タンパク質：不透過
		静水圧
	トランスサイトーシス（小胞輸送、サイトペンプシス）
		内皮細胞：小胞
		血漿タンパク質
			毛細血管：エンドサイトーシス
			間質側：エクソサイトーシス
		被覆小胞

細胞間機能的連絡
	細胞相互：化学的メッセンジャー
	ギャップジャンクション
	神経性連絡
		シナプス
		神経伝達物質
		シナプス間隙
	内分泌性連絡
		ホルモン・成長因子
		血液循環
	傍分泌性連絡
		ECF中に放出
		近傍に拡散
	自己分泌性連絡
		分泌→分泌細胞自身の受容体
	近接分泌性連絡
		膜貫通型タンパク質細胞外領域に発現
		他細胞：受容体
		細胞連結
		トランスフォーミング増殖因子α(TGFα）
	図１・３２
	同一化学的メッセンジャー
		神経伝達物質
		傍分泌性伝達物質
		神経性ホルモン
		腺細胞分泌ホルモン

受容体
	ダウンレギュレーション
		インターナリゼーション
		脱感作
	アップレギュレーション
	
化学的メッセンジャーの作用機序
	表１・８
	細胞外リガンド：一次性情報伝達物質
	セカンドメッセンジャー（二次性情報伝達物質）
	遺伝子転写
	プロテインキナーゼ（表１・９）
	ホスファターゼ

細胞内受容体
	DNA結合領域（図１・２０、図１・３３）
	受容体・ホルモン複合体
	結合領域
	熱ショックタンパク質（ストレスタンパク質）
		糖質コルチコイド受容体
		エストロゲン受容体
		プロゲステロン受容体
			DNA結合領域を保護
			リガンド結合→遊離→DNA結合領域露出
	構造（図１・３４）
		DNA結合ドメイン
			ジンクフィンガー(図１・２０）
		リガンド結合ドメイン
		二量体

ステロイドの速い作用
	膜受容体→非ゲノム機構
	GABAA受容体と結合

細胞内Ca2+
	多様な生理活性調節
	細胞内遊離Ca2+濃度：0.1μM
	間質液Ca2+濃度：1.2mM
	濃度差：１２０００倍
	内向き濃度勾配
	内向き電気的勾配
	図１・３５
	小胞体：細胞内Ca2+貯蔵
	カルシウム結合タンパク質
	プロテインキナーゼ
	Ca2+-H+ ATPase：外へCa2+、内へ2H+
	アンチポート：外へCa2+、内へ3Na+
	セカンドメッセンジャー
	→Ca2+増加：小胞体から放出・細胞内へ流入
	IP3
	cyclic adenosine diphosphate ribose (cADPR)
		リアノジン受容体
	貯蔵作動性Ca2+流入
		細胞内貯蔵→Ca2+→Ca2+チャネル開口→Ca2+流入
	局所的高濃度Ca2+
	細胞内Ca2+振動

カルシウム結合タンパク質
	トロポニン：骨格筋収縮
	カルモジュリン：図１・３６
		カルモジュリン依存性プロテインキナーゼ（5種類）表１・９
			ミオシン軽鎖キナーゼ（平滑筋収縮）
			ホスホリラーゼキナーゼ
			Ca2+/カルモジュリンキナーゼI,II（シナプス）
			Ca2+/カルモジュリンキナーゼIII（タンパク質合成）
		カルシニューリン（ホスファターゼ）
			Ca2+チャネル脱リン酸化、T細胞活性化
	カルビンディン

Ｇタンパク
	GDP/GTP交換反応
	GTPase
	GTPase活性化タンパク質(GAP)

小分子Ｇタンパク
	Rabファミリー
		小胞輸送
	Rho/Racファミリー
		細胞骨格・細胞膜間相互作用
	Rasファミリー
		細胞膜から核へのシグナル伝達

ヘテロ三量体Ｇタンパク
	細胞膜受容体・触媒単位
	細胞膜受容体・イオンチャネル
	介在
	サブユニット
		α：GDP結合
		βγ：解離、効果器活性化
		図１・３７
	Gs, Gi, Gq, Gt
	リピド化
		ミリストイル化
		パルミトイル化
		プレニル化
		図１・６

セルペンチン受容体
	Ｇタンパク共役型受容体
	細胞膜蛇行貫通型（7回）
	パルミトイル化
	表１・１０
	図１・３８
	細胞質ループＩＩＩ：Ｇタンパク結合

セカンドメッセンジャー
イノシトール３リン酸・ジアシルグリセロール
	リガンド
	→受容体結合
	→Gqなど
	→ホスホリパーゼＣ(PLC)
	→IP3
		→IP3受容体（小胞体）
		→小胞体：Ca2+放出（図１・４０）
	→DAG
		→プロテインキナーゼＣ(PKC)活性化
セカンドメッセンジャー
cAMP
	図１・４１
	アデニル酸シクラーゼ：生成
	ホスホジエステラーゼ：分解
	リガンド
	→受容体
	→Ｇｓ
	→ＡＣ
	→プロテインキナーゼA(PKA)活性化
	→核内：cAMP応答配列結合タンパク質（転写因子）リン酸化
	→遺伝子転写
	図１・４２
	ホスホジエステラーゼ阻害
		カフェイン、テオフィリン
		cAMP増強

アデニル酸シクラーゼ活性調節
	細胞内cAMP濃度
		アデニル酸シクラーゼ
		促進性受容体・促進性Ｇタンパク（Ｇｓ）
		抑制性受容体・抑制性Ｇタンパク（Ｇｉ）
	アデニル酸シクラーゼ
		１２回膜貫通型タンパク質
		アイソフォーム：８個
			異なるＧタンパク結合
			カルモジュリン刺激
	クロストーク
		ホスホリパーゼＣ系
		アデニル酸シクラーゼ系
	広範な作用
		プロテインキナーゼＣ
		プロテインキナーゼＡ
	特異的作用発現
		細胞骨格で固定（リピド）
		局所的ミクロ領域
	cAMP：膜浸透性、低い
	コレラ菌毒素
		Ｇｓα：ADP-リボシル化
		→GTPase活性抑制
		→アデニル酸シクラーゼ活性持続
	百日咳菌毒素
		Ｇｉα：ADP-リボシル化
		→Gi抑制
	フォルスコリン
		アデニル酸シクラーゼ活性化

グアニル酸シクラーゼ
	cGMP
	ロドプシン
	イオンチャネル
	cGMP依存性キナーゼ
	図１・４３
	受容体
		細胞外：リガンド結合
		膜貫通領域
		細胞質内：活性領域
		ANP-A受容体(ANPR-A)
		ANP-B受容体(ANPR-B)
		グアニリン受容体
	可溶性
		細胞内
		ヘム
		アイソフォーム
		NOで活性化

成長因子
	細胞分裂・発達
		神経成長因子
		インスリン様成長因子(IGF-1)
		アクチビン
		インヒビン
		上皮成長因子(EGF)
		血小板由来成長因子
	サイトカイン
		マクロファージ・リンパ球で産生
		免疫系
	コロニー刺激因子
		赤血球・白血球成熟・分裂

	EGF等受容体
		１回膜貫通型
		細胞内：チロシンキナーゼ活性
		リガンド結合
			自己リン酸化
			二量体形成
		ras遺伝子前駆体・MAPキナーゼ
		→転写因子活性化
		Ras：小分子Ｇタンパク
		図１・４４
	サイトカイン・コロニー刺激因子受容体
		細胞内領域：ほとんどない（キナーゼ活性ない）
		JAK（チロシンキナーゼ）と結合
		→STAT（シグナル変換タンパク質）リン酸化
		→STAT：二量体形成（転写因子）
		→核へ移行
	クロストーク
		RasとJAK-STAT
	チロシンホスファターゼ
		細胞内
		膜貫通型：細胞外領域（接着分子類似構造）
		脱リン酸化

	TGF-β等受容体
		セリン-スレオニンキナーゼ
		SMAD：リン酸化、核内移行

受容体疾患
	受容体遺伝子変異
		機能：獲得・欠失（表１・１１）
	受容体抗体
		促進性
		抑制性

ホメオスタシス
	恒常性
	内部環境
	負のフィードバック