細胞とタンパク質の関係について教えてください

質問

生物の基本知識がありませんが、質問させて頂きます。
細胞の核にDNAの遺伝情報が仕組まれていて、そのコードに従って、アミノ酸を組み立ててタンパク質を作ると理解しています。その作るタンパク質が細胞内に作られるとは考えられないので、何処にそのタンパク質は行き、どの細胞の何の働きに役立つのかが理解できません。例えば筋肉繊維はタンパク質の塊のように考えますが、そのタンパク質が細胞内で、どのように力の細胞連結した効果に役立つのか理解できません。細胞の図解を見ると、その中にタンパク質が働くようなイメージが解説されていないので、DNAコードで生合成するタンパク質は一体どこで何の役目を果たすのかを教えて頂きたくお願いいたします。

回答No.1

noname#224207 · ベストアンサー

多少ややこしいかと思いますがＤＮＡとタンパク質と細胞の関係を説明させて下さい。

ＤＮＡというのはdeoxyribonucleic acid（デオキシリボ核酸）と呼ばれる単なる化合物です。
ＤＮＡ自身がタンパク質と呼ばれる化合物を作る訳ではありません。

細胞というのは、化学的な見方をしますと、タンパク質糖質、脂質、核酸とから成り立っています。
例えば、細胞膜は、脂質二重層にタンパク質が結合した構成をしています。
細胞自身がタンパク質でできていますから、細胞内でタンパク質がつくられるということは細胞自身が使うために合成しているのだとお考え願います。

細胞の図には化合物の絵までは描かれていませんので注意して下さい。
細胞というものを、生物学的に見るのか化学的に単なる高分子化合物の集合体として見るのかの違いです。

タンパク質というのは２０種類のアミノ酸が鎖状に多数連結（重合）してできた高分子化合物です。

アミノ酸というのはアミノ基とカルボシル基の療法の官能基をもった化合物の総称です。
いろいろな形をしたアミノ酸があります。
この２０種類のアミノ酸がどのような配列で結合するのかという情報を提供しているのがＤＮＡです。

生物はアミノ酸自身を合成するための代謝経路を持ち、一連の生化学的プロセスにおいて、グルコースやアンモニアといった単純な化合物からアミノ酸を合成します。
これがいわゆる生命現象と呼ばれるものです
詳しくは下記を参照願います

タンパク質生合成 - Wikipedia
ja.wikipedia.org/wiki/タンパク質生合成

DNAは細胞内ではタンパク質と結合してコロマチンとよばれる形状をしています。
クロマチン（くろまちん：chromatin）：真核細胞内に存在するDNAとタンパク質の複合体のことを表す。
詳しくは
クロマチン - Wikipedia
ja.wikipedia.org/wiki/クロマチン

細胞が持つDNAは、塩基配列または遺伝暗号 (genetic code)と言うヌクレオチドの塩基部分が並ぶ構造を持っています。
この塩基の並びは3つを基本的な単位としています。
これをmRNAに転写し、細胞内のリボソームでmRNAの情報（コドン）が翻訳され、それに沿ってアミノ酸が数珠状に合成されてタンパク質が作られます。
詳しくは下記を参照願います

細胞 - Wikipedia
ja.wikipedia.org/wiki/細胞

mRNAについては下記を参照願います。

伝令RNA - Wikipedia
ja.wikipedia.org/wiki/伝令RNA

もしご興味があれば下記のサイトを一度ご覧下さい。
DNA複製 - Wikipedia
ja.wikipedia.org/wiki/DNA複製

お礼

詳しくご説明いただきありがとうございました。細胞内の機能を理解することは大変です。御回答で、コロマチンという言葉で、DNAにタンパク質が繋がっていると初めて知りました。そのタンパク質もDNAの遺伝の機能に役立つものでしょうが、仰ると通り細胞の絵図には書かれていません。やはり細胞内の生物学的機能を理解することは至難の技に思えます。高校生の生物の学習を考えると、複雑な思いに駆られます。ありがとうございました。返事が遅くなり失礼いたしました。

回答No.5

中村 拓男（@tknakamuri）

細胞はその大半がたんぱく質から出来ているんですが・・・
生命活動を行うための様々な化学処理にもたんぱく質は不可欠です。
ちなみにたんぱく質は細胞内のリボゾームという工場で作られます。
全ての細胞はこの工場を持ってます。

お礼

御回答有難うございました。細胞内のリボソームでタンパク質を創るとの事ですが、そのタンパク質は細胞内でどんな機能を果たすのでしょうか。最初の細胞は不完全な細胞という事ですか？タンパク質は造り続けられて、細胞内はどうなるのですか。お礼が遅く成りすみませんでした。

回答No.4

browntraut

質問者さんは、タンパク質は市販で売られているプロテインのようなものを想像しているのではないでしょうか？
確かに分泌系のタンパクはそのようなものなのかもしれません。ホルモンとか、血中タンパクなんかは細胞外をふら～りと遊泳していることでしょう。

しかし、タンパク質の根源は、細胞自体です。
特定のタンパク質の発現が特定の細胞を作るということですね。
筋組織も然りです。一つ一つの細胞が組織を形成し、筋肉となり、伸びたり縮んだりします。これは、タンパク質の単体が成しえることではありません。
内臓組織（心臓、肝臓、肺）もそれぞれのタンパク質を発現した細胞が組織となり、役割を担っています。

では、どうやって特定の細胞が作られるの？なぜ、1つの受精卵から組織が作られるの？と質問が上がるでしょう。

そもそも、体のどこの細胞を取ったとしても、ゲノム（遺伝情報）は同じです。心臓だろうが、大腸だろうか、目ン玉だろうが遺伝子は同じということです。それなのに、特定の細胞だけで作られているという不思議があります。

これは、受精卵時の転写因子というものが絡んでいます。受精卵は均一に見えて、実は不均一であり、動物極と植物極という極に分かれ、DNAを発現させるための特定の転写因子（タンパク質ですね）の分布が変わっています。
すると、その偏った転写因子の分布からのタンパク質の発現で、ある部分が口となり、ある部分が内臓となり・・・と将来、形作られる部分が変わってくる訳です。鼻が大きい人はち〇ち〇も大きいという説があるのは、鼻とち〇ち〇が卵時代、近い部分から分化してくるためかと思いますが、統計的に当たっているのか？はわかりません（笑）。

個体（ヒトの体）が大きくなってくると、各組織は前駆細胞なるものを各組織に準備し始めます。完全無垢な細胞をこのような組織に投入すると、ホルモンや転写因子の関係で、同組織の細胞に変化していくこともあります。

iPS自体の作製（脱文化）は簡単ですが、iPSである証明（全能性の証明）は難しい事です。組織に投入しても、組織と同調せず、シャーレ上と同様にがん細胞のように増えてしまう事もあるからです。

お礼

御回答有難うございました。受精卵の説明で、転写遺伝子（タンパク質）の分布の話は興味を覚えた。やはり全体的に蛋白質の生命活動における機能が分からないから混乱から抜け出せない自分かと考えます。細胞の説明で、普通の解説がDNAの事ばかりになっているので、何の為の蛋白質かが解説から抜けているように思いました。お礼が遅く成り住みませんでした。

回答No.3

yuklamho

『その作るタンパク質が細胞内に作られるとは考えられないので、何処にそのタンパク質は行き、どの細胞の何の働きに役立つのかが理解できません。』
この日本語、ちょっとおかしくないですか？他の方々も答えていらっしゃるように、タンパク質は細胞内の租面小胞体上にあるリボゾームRNAで作られます。そして、ヒストンのように核内に行くもの（核タンパク質）もあれば細胞膜に行くもの（膜タンパク質、成長因子やホルモンの受容体など）、細胞内の器官に行くもの（ゴルジ体の糖転移酵素やライソザイムの分解酵素、ミトコンドリアの酸化酵素など）、細胞質に行くもの（解糖系の酵素など）、インシュリン（ホルモン）や成長因子などの分泌タンパク質などがあります。

お礼

御回答有難うございました。やはり理解できないことが多い。タンパク質が生命活動でどのように役立っているかが理解できないからだと思います。エンルギー消費機能でも、細胞内でどんな蛋白質がどのように生科学的に働くのかが分からないからだと思います。全くの素人ですので、生命活動の本質をどう捉えるかの基本が理解できないで、DNAの働きだけを追っても何も分からないように感じました。細胞内のタンパク質がどんな働きをするかが分からない自分を知るだけのようです。お礼が遅くなりまして済みませんでした。

回答No.2

stringf35

質問者様はタンパク質をとても大きなものとしてイメージしていませんか？タンパク質といっても色々ありますが、その大きさはナノメートルの世界です。顕微鏡で細胞をみたときに見える世界はせいぜいが数マイクロメートルの世界ですが、タンパク質はその1000分の1以下の大きさです。

筋肉線維はタンパク質の塊というイメージだそうですが、そういう意味ではあらゆる細胞がタンパク質の塊です。ゲノムDNAもヒストンというタンパク質に巻きついてクロマチン構造として存在しますし、mRNAを合成するのもRNAポリメラーゼというタンパク質です。細胞膜上には無数に受容体やトランスポーターが存在し、細胞内外の情報伝達や物質輸送を行っています。

ご質問の文章のなかでは、

＞その作るタンパク質が細胞内に作られるとは考えられないので

ここが間違っています。

DNAの情報をもとにアミノ酸が連結されてタンパク質になるという理解は正しいです。ゲノムDNAのコードはまず「転写」という作業により各タンパク質に対応するメッセンジャーRNA（mRNA）に変換されます。この作業は核内で行われます。

その後、mRNAは細胞質に移行し、小胞体という細胞内小器官の表面に存在するリボソームによって「翻訳」されます。このとき、各コドンに対応するアミノ酸が順次連結されていきます。完成したタンパク質はそのまま細胞内で機能します。

以上がざっくりとした説明です。

もちろんタンパク質の中には細胞外に分泌されて機能するもの（各種リガンドや細胞外マトリックスの構成タンパク質など）、細胞膜を貫通した状態で機能するもの（受容体やトランスポーターなど）があります。それらは小胞体上での翻訳時に小胞体内腔側（細胞外側）もしくは小胞体膜上に翻訳されます。

が、形質膜の内側という意味では「細胞内に」作られることに変わりはありません。

お礼

御説明有難うございました。自分のような素人が理解し難いのは、用語を理解できていないからと思います。一つ疑問が浮かびました。細胞内にタンパク質をつくると言う事は、最初のその細胞内には無かった訳かと理解しました。そのタンパク質が最初に無くて、後から自分で作ると言う事は、細胞の機能が完全ではなかったという意味か、あるいは蛋白質を次々と作っては消費してゆくと言う意味なのかと不思議に思った。未だ蛋白質がどのように生命活動に機能しているかが理解できません。返事が遅く成り失礼いたしました。