1･1

生命とタンパク質
生命とは、核酸の遺伝情報を元に触媒反応を行う有機体である。

○

遺伝情報はタンパク質（ペプチド）のアミノ酸配列と、そのタンパク質が生合成される量、時、所を指定する。

○

タンパク質の性質はアミノ酸配列により「ほぼ」決定されるが、同じアミノ酸配列
であっても立体構造や修飾の違いにより、著しく性質が異なることがある。

○

プリオン病では、正常型とは立体構造のみが異なる異常タンパク質により神経細胞が傷害される。

タンパク質は生物を構成する代表的な物質と言かめるのに、棒で突っ突いて動くか動かないかでえる。生物学においてタンパク質の性質の理解は判断することがある。動いているということは、必須である。生体の複雑な機能は基本的にはタン一つの指標となる。植物はあまり動いていないが、パク質が担っている。タンパク質の物質としての長時間観察すれば、芽を出し、花が開き、根は伸

特徴は「堅さ：それぞれのタンパク質が特異的なびていく。が、自動車は動くといっても生物とは機能をもつ」と「柔らかさ：機能や形を必要に応いえないだろう。液体窒素（－ 196℃の極低温）

じて変えることができる」である。これが生命にに保存されている受精卵はまったく動かない。ししたたかさを与えて、生物は驚くほど多様な環境

かし、適切に解凍して、子宮に戻せば、一つの個で生き抜くことができる。ヒトでは主要なタンパ体になる。やはり生物だろう。子供をつくるのが

ク質だけでも 3 万種類もが存在する。それぞれが生物だろうか。子供を作らない生物は寿命が来れ独特の性質をもち、様々な機能を担っている。多ば死に絶えるから、やがて、存在しないことにな

数の種類のタンパク質を効率よく作るために、基る。しかし、コンピュータウイルスは、自己を複本となる構成要素、つまりタンパク質を作る材料

製して、次のパソコンへコピーを作り出す。が、は 20 個程度のアミノ酸のみとなっている。アミ

生物ではない。本当のウイルスは単独ではまったノ酸が一本鎖として連結したペプチド鎖が複雑にく活動せず、動くことも増えることもない。しか折り畳まれて独特の機能を発揮している。

し、他の生物（細胞）に入り込むと、どんどん増

1･1

生命とは何か殖していく。
一般的にすべての生物に共通しているのは、核「生きていること」あるいは「生命」の定義は酸の遺伝情報に基づいてタンパク質を合成し、そなかなか難しい（図 1･1）
。ヒトの場合には「社のタンパク質の作用により、核酸の複製を作製す

会的には死んでいる」ということもある。道に転るということである。したがって、「生命とは何がっている犬が生きているか、死んでいるかを確か」と問われれば、「核酸の遺伝情報に従って活

1

生命とタンパク質

○

1

章

1章

生命とは何か2

1章

生命とタンパク質

動する有機体」とするのが良いのではないかと思
われる。

1･2

核酸の情報

核酸の情報が指定するものは、タンパク質のア

電子顕微鏡でなければ光学顕微鏡でなんとか見る見られないウイルス（約 0.1μm） ことができる細菌（数μm）

ミノ酸配列と、そのタンパク質がどの細胞で（単細胞生物の場合には、この情報は不要となる）、
何時、そして、どのくらいの量が生成するかということである（図 1･2）
（なお、タンパク質に翻訳されない RNA も多数産生され、重要な機能を担っていることが明らかになってきた）。アミノ
酸配列は不変であるが、場所（組織、核や細胞）／時間／量は外界との情報のやりとりによって大肉眼で点に見えるミドリムシ（数十μm）

きく変動する。例えば、筋肉になる細胞は、筋肉

図 1･1 いろいろな生物
地球上には想像を絶する未知の生物が数多く存在する。

が作られるときに筋肉のみに必要なモータータン
パク質を大量に作り出す。温度が著しく上昇した
場合には、ヒートショックタンパク質という防御タンパク質が作られる。このように生物は環境の

図 1･2 遺伝情報と細胞機能
体細胞の核の全体の遺伝情報は同じであっても、情報発現の変化により様々な形態と機能をもった細胞になる（分化する）。

核を除去した卵
ニューロン

クローン（同じ遺伝子をもった集団）の作製
細胞核の遺伝情報は同じ発現されるタンパク質 （と非翻訳 RNA）
が臓器によって異なる

心筋

血管
平滑筋

骨格筋

血管内皮細胞1･5

アミノ酸の側鎖＋＋や -NH3 から H がはぎとられる（15 章＜尿のグリシン以外のアミノ酸では、4 本の「手」を持った炭素に、アミノ基、カルボキシ基、水素、そして側鎖という 4 種類の異なった基が結合している。このような炭素では、側鎖の結合の順番により右手と左手というように鏡像関係の異性体（光学異性体）が存在する。基本的には通常の生体のアミノ酸のほとんどは一種類 L 体である。

塩基性アミノ酸

酸性があれば塩基性のものもある。リシンとアルギニンは NH2 基を、ヒスチジンは H に親和性の高い N 元素を側鎖にもっている。正の電荷をもつ性質がある。
薬学ノート 1.1 ＜ヒスチジンから作られるヒスタミン＞
虫刺されに汎用されている「ムヒ ®」の主要成分は抗ヒスタミン薬である。ヒスタミンは体の防衛機構に属しているが、かゆみや浮腫を引き起こしアレルギー反応を直接的に誘引する。

コラム 1.2 ＜光学異性体＞
分子式が同じで性質が異なる分子をお互いに異性体という。光学異性体は分子構造がお互いに鏡像関係である異性体をいう。光学異性体がありえることをキラリティー chirality（掌性、また、胃では胃酸分泌を促進する。このヒスタ
ミンはヒスチジンから作られる。アミノ酸はタンパク質を構成するだけではなく、神経伝達物
質などの前駆体（生合成のための材料）でもある（本章＜ 1.5.7 芳香族アミノ酸＞参照）。

手のひら）という。キラリティーをもつ原子を不斉中心という。「右手体」と「左手体」を区

1･5･3

非電荷極性アミノ酸別するための表記に、D 体と L 体、d 体と l 体、アスパラギンとグルタミンはそれぞれアスパラ

R 体と S 体、（＋）と（－）がある。D 体と L 体

ギン酸とグルタミン酸の -COO －が -CO-NH2 となが混ざっているのをラセミ体という。なお上記
表記間の対応は不定である（例えば D 体は必ずしも d 体ではない）ことに注意。
生体の多くのアミノ酸は L 体である。老化す
ると D 体のアミノ酸が増えてくるという。また、中枢神経系では D- セリンが脳の高次機能に関与しているらしい。

1･5

アミノ酸の側鎖アミノ酸の側鎖によって物理化学的性質が異なる（図 1･5）。
1･5･1

興奮性伝達物質
グルタミン酸

酸性アミノ酸

アスパラギン酸とグルタミン酸（図 1･6）は、側鎖に COOH 基があり、酸性あるいは負の電荷をもつ性質がある。略号の Asp、Glu、あるいは D、E もできる限り覚えるようにしよう。

受容体
K＋
Na＋
図 1･6 神経伝達物質グルタミン酸
グルタミン酸は興奮性の神経伝達物質（神経における情報伝達物質）である。神経細胞（ニューロン）が次のニューロンにシグナルを伝えるところがシナプスである。シナプス前のニューロンから放出されたグルタ
ミン酸は、シナプス後のニューロンの表面膜にあるグルタミン酸受容体に結合して情報を伝達していく（14章 190 頁参照）。

1

生命とタンパク質pH と薬物＞も参照）
。

1･5･2

章

逆に、塩基性溶液では H ＋が少ないので、-COOH

5

16

2章

2章

酵素と酵素阻害薬

酵素と酵素阻害薬○

生体内のほとんどの反応は酵素がないと進行しない。

○

構造タンパク質は細胞を含めて生体の構造を維持する。

○

その他にチャネルタンパク質、制御タンパク質、シグナル伝達タンパク質など多彩なタンパク質が存在する。

○

酵素活性やシグナル伝達に作用する薬物によって、生体活動は大きく変化する。

タンパク質には大きく分けて構造タンパク質と行させるためにはエネルギーが必要なことがあ

酵素がある。オフィスビルに例えるなら、ビル（構る。生体内では多くのエネルギーは ATP から供造タンパク質）もその中で働いているヒト（酵素）給される。ATP はエネルギー供給だけではなく、もタンパク質ということになる。快適なビルではRNA（遺伝情報）の構成要素ともなり、細胞外

仕事がはかどるように、構造タンパク質も酵素のに放出されて情報伝達物質としても機能する。生活性に影響を及ぼす。逆にビルをヒトがメインテ命のしたたかさと言えよう。

ナンスしているように、構造タンパク質も酵素によって維持されている。構造タンパク質も酵素に

2･1

遺伝子とタンパク質

よって作られるため、酵素は生命活動の本質とも遺伝子が指定するのはタンパク質のアミノ酸配言える。酵素は単純に言えば、ある化学反応を促列と、それが合成される時／場／量である。遺伝

進するタンパク質触媒ということになる。ほとん子によって生体の特質が大方決定されることかどすべての生体内の化学反応には酵素が必要であら、タンパク質の機能は生体にとって著しく重要る。これは酵素活性の有無によって化学反応の進である。

行を合目的に調節するためである。反応の制御は酵素の量や活性の変化によって行われている。酵素の働きは生命活動そのものとも言えるので、それが乱れれば、活動不全、つまり病的な状態にな

2･2

構造タンパク質

構造タンパク質とは細胞や生体の形をつくるタ
ンパク質である。

る。多くの疾患では何らかの酵素異常が存在して細胞内では細胞骨格という線維状のタンパク質

いる。あるいは、病的状態は酵素の活性を変化

が細胞の形態を維持している。この骨格は、細胞させることによって軽快させることができる。し運動を行うためのレールとなったり（モータータ

たがって、臨床で使用されている多くの薬剤は酵

ンパク質 motor protein）、ある反応を局在化（決素活性に影響を及ぼす。あるいはある酵素を標的められた場所のみで進行させること）させるためとして薬物が開発される（創薬）。化学反応を進の足場になったりする（スカフォールドタンパク

2･2

構造タンパク質

17

コラーゲン分子コラーゲン線維内架橋

架橋

Pro

Lys

ヒドロキシプロリン
Gly Pro Pro
Gly Pro Lys
Gly Pro His Gly
ヒドロキシリシン

図 2･1 細胞外マトリックスを形成する構造タンパク質コラーゲン
コ ラ ーゲ ン はグリシン -X-Y
（X はプロリン、Y はヒドロ
キシプロリン／ヒドロキシリシンが多い）が繰り返される 1000 アミノ酸程度のペプチドが 3 本よじれた線維状タンパク質である。この 3本鎖の分子がさらに架橋を形成して太い強靱なコラー
ゲン線維となる。

コラーゲンの細線維

Lys/His 架橋

コラーゲン分子コラーゲンの細線維

コラーゲン線維

コラム 2.1 ＜コラーゲンと病気＞
壊血病：コラーゲンの構成アミノ酸であるヒドロキシプロリンはプロリンの水酸化により合成される。
この水酸化酵素にはビタミン C が必要である。最近はビタミン 1000 個分の清涼飲料水を飲むことも多い
のでビタミン C 不足はほとんどない。しかし、昔は、ビタミン C が不足するとコラーゲンが不足し、皮膚や血管が壊れやすくなる壊血病があった。
エーラス - ダンロス症候群 Ehlers-Danlos syndrome：先天的コラーゲン合成異常（とくに架橋異常）があると、皮膚の過伸展が特徴的なエーラス - ダンロス症候群となる。皮膚がゴムのように伸びたり、舌が鼻先まで伸びる。血管壁ももろく、関節脱臼もしやすい。
膠原病：コラーゲン線維を膠原線維ともいうので、膠原線維が豊富な細胞間に炎症が生じる自己免疫疾患を膠原病と総称する。リウマチ熱、関節リウマチ、全身性エリテマトーデス（SLE）、強皮症、多発性筋炎／皮膚筋炎、結節性多発動脈炎（結節性動脈周囲炎）などが含まれる。

質 scaffold protein）。したがって、構造タンパク

線維が細胞外マトリックスを形成している（図質は単純に構造を維持しているだけではなく、そ2･1）。ヒトでは総タンパク質量の 30％を占めてれ自身が酵素作用をもっていたり、あるいは酵いる。ゼラチンはコラーゲンの立体構造が変性し素反応に積極的に関与したりしていることもしばたもので、低温でゲル化する。

しばである。動物の細胞外には強靱なコラーゲン

酵素と酵素阻害薬

Gly

Gly Pro Pro

2

章

Lys

44

4章

4章

RNA と細胞の構造

RNA と細胞の構造○

DNA のゲノム情報は RNA に転写されて発現される。

○

mRNA はコドンに基づいてタンパク質（ペプチド）のアミノ酸配列を指定する。

○

シグナルペプチドは膜タンパク質や分泌タンパク質を指定する代表的なアミノ酸配
列である。

○

タンパク質に翻訳されない多数の RNA が重要な制御機能を担っている。

DNA の塩基配列は情報を担っているが、そのされる。

ままでは情報を具体化することはできない。パソ

Met を指定する ATG は翻訳を開始する開始コ

コンのハードディスクのようなものである。ハードンとしても使用される。メチオニンがペプチ

ドディスクの情報に基づいて、ディスプレイに絵ドの先頭となるが、その後、除去される。また、を描き、音をだして、情報は機能するのであり、ペプチドの内部のメチオニンをコードしている

ハードディスクだけを眺めていてもなにもわから

ATG と開始コドンの ATG を区別するために、開ない。DNA の情報はセントラルドグマのとおり、始コドンの上流は特殊な配列となっている（表まず、相補的な RNA に読み取られ、その RNA

4･1，図 4･1，図 4･2）。

の配列はアミノ酸配列に読み取られ、ペプチドとなる。ペプチドが最終的に修飾されたり折り畳まれて、機能するタンパク質（酵素や構造タンパク質）となって遺伝情報は具体化される。

4･1

ペプチド合成4･2

コドンの縮退、冗長性

多くのアミノ酸には数個のコドンが存在する。
これは縮退もしくは遺伝暗号の冗長性という。一般的には、遺伝子変異でアミノ酸を変えないような変異、例えばアラニンの GCA が GCC になっペプチドはアミノ酸が連結した分子である。

ても生理機能に影響しないとされる（サイレント

DNA の塩基配列は mRNA に読み取られ、その塩

変異）。異なるアミノ酸となる変異をミスセンス

基配列に従ってアミノ酸が連結されてペプチドが変異という。また、停止コドンができてしまう変生成される。1 個のアミノ酸は 3 塩基（コドン）

異をナンセンス変異という（図 4･3，図 4･4）。

で指定されている。このコドンとアミノ酸の対応は、基本的には大腸菌でもヒトでも共通である
（た

4･3

リボソーム

だし、例外的に、池にいるミドリムシなどの原生

mRNA にリボソームが結合し、コドンに従っ生物では、終止コドン TGA（UGA）がトリプトてアミノ酸がつぎつぎに連結していく。リボソー

ファンを指定している）。UAA、UAG、UGA はムは大サブユニットと小サブユニットからなり、

終止コドンと言い、そこでアミノ酸の付加が停止

それぞれ数多くのペプチドと RNA（rRNA、小サ

4･3

リボソーム

表 4.1

コドン表

45

SECOND

STOP

STOP

ＴＨＩＲＤ

ＦＩＲＳＴ

章

4

ＲＮＡと細胞の構造(START)※コドンは、5′末端が左側にくるように書いてある。
mRNA の配列なので、DNA の T の代わりに U となっている。DNA の配列としては U を T に置き換える。

（gcc）gccRccAUGG
図 4･1 コザック配列 Kozak sequence（真核生物）
開始コドン (AUG) の 3 塩基上流の R（プリン塩基・アデニンまたはグアニン）と開始コドンの次の G が翻訳効率を高める。g（グアニン）と （c シトシン）は重要性が低い。

開始コドン

5′

シャイン・ダルガルノ配列
5～10塩基fMet Arg Ala Phe Ser ...

AGGAGGUAUG CGA GCU UUU AGU...

- AUUC C U C C ACUAG .
3′..

原核細胞では開始コドンのメチオニンはN-ホルミルメチオニン• • • • • • •シャイン・ダルガルノ配列を認識する rRNA

開始コドンを認識させる配列

図 4･2 シャイン・ダルガルノ配列 Shine-Dalgarno sequence（原核生物）
リボソームの結合配列。開始コドンを認識させる配列でもある。

mRNA

56

5章

糖鎖

生体膜と細胞小器官

細胞外

5･3

膜タンパク質

脂質だけからなる膜は水を通さない。脂溶性の物質は比較的容易に膜を通過することができるが、水溶性の物質の内外のやり取りができなくなってしまう。そのために生体膜にはタンパク質が埋め込まれている。疎水性残基は水中ではミセ
細胞膜（脂質二重層）ルと同じように水から離れるように配置するが、膜タンパク質リン脂質

細胞内
図 5･4 細胞膜の単純な模式図
リン脂質による二重膜にタンパク質が埋め込まれている。タンパク質からは糖鎖の枝が伸びている。

膜中では外側に出て脂質と接するようになる。こうして膜タンパク質は生体膜の中で安定して存在
し物質の内外のやり取りを仲介する。また、細胞内の細胞骨格タンパク質や細胞外マトリックスと結合して生体膜の構造を構築する（図 5･4，図5･5）。

図 5･5 両極性分子が水溶液中で形成するミセル
頭部（○）は親水性のために水溶液中では外向きなり、疎水性
部分は水から離れて中心部に存在する。巨大なミセルを平らにつぶしたのが脂質二重層（右図）。

5･2

H 2O

H2O

H2O

H2O

H 2O

H 2O

H2O

H 2O

H 2O

脂溶性と水溶性

生体膜は基本的には脂質（油）の性質をもって疎水性アミノ酸残基 親水性領域

水いる。水と油は交わらないという物理的性質に

親水性
リン酸基

よって、生体膜は水を通さない。また、水に溶けリン脂質やすい物質（水溶性、親水性）は脂質に溶けない

疎水性
脂肪族鎖

ために生体膜を通過することができない。逆に油に溶けやすい物質（脂溶性、疎水性）は水に移行することはない。リン脂質の頭部は親水性で、長い脂肪鎖は疎水性である。
これが水に囲まれると、親水性の頭部を水側に向け、脂肪酸を内部にまとめて分子が並んでいく。これをミセルという。脂質二重層はこのミセルを押しつぶして伸ばしたよ
うな構造と言える（図 5･6 ～図 5･10）。

水図 5･6 疎水性残基を外側にして細胞膜に埋め込まれるタンパク質

84

7章

7章
○

ホルモン

ホルモン
ホルモンは血流を介して情報を伝達する化学物質の総称であるが、一般的には古典的な内分泌器官から分泌されるものを意味する。

○

ホルモンの過不足による疾患は稀ではない。不足している場合はホルモン（類似作用薬を含む）を補い、過剰な場合にはホルモン合成阻害薬や拮抗薬が有効である。

ある臓器（内分泌器官）から血液中に分泌されい。放射性ヨウ素治療後、十数年で甲状腺ホルモて、体の隅々まで情報を伝達する物質がホルモンン低下症となる。これは有害作用というよりは、である。甲状腺や副腎などがいわゆる古典的とも治療効果の指標と言える。甲状腺ホルモン低下症

いえる内分泌器官である。しかし、消化管（消化は甲状腺ホルモンの経口投与により比較的容易に管ホルモン）や心房（心房性ナトリウム利尿ペプ

対応できる。甲状腺ホルモン低下症では、なんと

チド：ANP）など多くの臓器から様々な情報伝達

なく調子が悪いという症状が主となり、時として物質が血中に放出されていることが明らかになっ診断が難しいことがある。小児の甲状腺ホルモン

た。神経細胞と神経細胞の間では隣接する細胞へ低下は精神発達遅延、成人では認知症となる。そ

神経伝達物質によって情報が伝達されている。血して、甲状腺ホルモンを投与することによって著中には放出されずに組織内の細胞間でも数多くのしく改善するので見落としは許されない。

化学物質による情報伝達が行われている。副腎から放出されるホルモンのノルアドレナリンは神経

7･1

細胞間情報伝達物質の分類

伝達物質でもあり、ホルモンの定義は曖昧となっある細胞から化学物質（情報伝達物質）が放出ている。が、成長ホルモン、甲状腺ホルモン、イ

され、標的細胞に情報が伝達されるという細胞間

ンスリン、アドレナリンなど古典的なホルモンは

情報伝達は、多細胞生物では個体の細胞機能を統まれ

稀ではない疾患とも関連が深く、分類としては有合するために必須といえる。古典的には、エンド用である。

クリン（内分泌、ホルモン）、パラクリン、オー

内分泌疾患の多くはホルモンの効果が低下した

トクリン、接触型シグナル伝達物質（ジャクスタ

か過剰となった状態である。そのため治療方針とクリン）、神経伝達と分類されてきた（図 7･1）。

しては、足りない場合は補い（ホルモンそのもの

しかしながら、ある情報伝達物質はホルモンでもが治療薬となる）、過剰な場合は除去する。甲状あり、神経伝達物質でもあるというのは稀ではな

腺ホルモン過剰症では放射性ヨウ素による甲状腺い（例えばノルアドレナリン）。ホルモンの定義の破壊が行われる。一見すると放射性ヨウ素によも曖昧となっており、古典的な内分泌器官（下垂り癌の発生が危惧されるが、放射性ヨウ素の半減体や副腎）から分泌される情報伝達物質をホルモ

期が 1 週間程度と短いためかあまり問題にならなンとするが、古典的ホルモン以外にも様々な化

あいまい

7･6

甲状腺ホルモン

89

表 7.7
欠損酵素

3 酵素が欠損している場合の影響
ステロイドホル主症状

モン産生の変化HO

17α- 水酸化コルチゾールと◦ 男性：女性化酵素

性ホルモンの産◦ 女性：2 次性徴の欠落

コレステロール

生が低下する。

◦ アルドステロン過剰CH 3余剰となったプ

による低 K 血症と高血圧

C＝O

ロゲステロンか症

ら、アルドステロンが過剰に産HO

プレグネノロン＜3β- ヒドロキシステロイド脱水素酵素＞

CH 3
C＝O

生される。
21- 水酸化酵

アルドステロン◦ 男性：思春期早発症

素とコルチゾール◦ 女性：男性化（先天性副腎の産生が低下す◦ アルドステロン不足

過形成のなか る。

によるナトリウム喪失

ではもっとも 余剰となったプO

プロゲステロン

CH 2OH＜17α- 水酸
化酵素＞

＜21- 水酸化酵素＞

＝

O

HO

H C

C＝O

OH

O
アルドステロン（鉱質コルチコイド）

ら、テストステロンが過剰となる。
3β- ヒドロキ

すべてのステロ◦ 男性：テストステロ

システロイド イドホルモンのンの低下による女性化

脱水素酵素◦ 女性：余剰のプログ低下

ネノロンから産生されるOデヒドロエピアンドロス
テロンの男性ホルモン作

7章

テストステロン（男性ホルモン）

CH 2OH

用により軽度の男性化

C＝OOH◦ アルドステロン不足＜アロマターゼ＞

によるナトリウム喪失

OH
Oの酵素の先天性欠損症（時として活性の低下）がコルチゾール（糖質コルチコイド）存在する。これらの酵素が欠落するとコルチゾー
HO
エストラジオール（女性ホルモン）ルの産生が低下する。するとフィードバック制御
により下垂体からの ACTH の分泌が増加し、副腎皮質の細胞増殖が促進される。その結果、副腎

図 7･3 ステロイドホルモンの産生系路＜＞に示したのは次表で説明している酵素である。これ以外にも先天性副腎過形成の原因となる酵素の欠損は知られているが、ここでは代表的な 3 酵素を示した。

が肥大する先天性副腎過形成となる（表 7･7）。

7･6

甲状腺ホルモン

甲状腺ホルモンは生体で唯一ヨウ素化されている物質である。生体内のヨウ素のほとんどは甲状腺に集積している。したがって、甲状腺機能亢進

ホルモン

HO

頻度が高い） ロゲステロンか

90

7章

ホルモン

ろ胞
ろ胞細胞
コロイド
血管
甲状腺

甲状腺の組織構造

ろ胞外側（組織側）

OH

I

I

OH

ろ胞細胞

ろ胞内腔
CH2
OH

OH

チログロブリン② 合成

I

チロシン残基

アミノ酸

I

O

I

I

O

I

CH2

CH2

HーCーNH3＋

HーCーNH3＋

COO－

COO－

トリヨード
チロニン
（T3）

チロキシン
（T4）

①

CH2

ヨウ素イオンの摂取

I－

チログロブリン

I－

I2

ペルオキシダーゼ③ ヨウ素化

H2O2
I
CH2

HO
I

I
CH2

HO

⑤

タンパク質分解によるホルモン放出

I

I

O

I

④ 縮合

I

OH

I

CH2

CH2

図 7･4

甲状腺と甲状腺ホルモンの合成

トピックス 7.1 ＜甲状腺ホルモン異常症＞
バセドウ病という甲状腺機能亢進症、甲状腺ホルモンが過剰になった病態は有名である。眼がぱっち
りして、肌はしっとりとして、そして体重減少が生じる。魅力的にやせると言えなくもない。怪しいやせ薬には甲状腺ホルモンが含まれていることがある。しかし、過ぎたるは及ばざるがごとしで、不整脈や精神的ないらいら感が強くなり、時として命の危険性が生じてしまう。
バセドウ病と逆の甲状腺機能低下症では、むくんでボーとした感じになる。小児では精神発達遅延、高齢者では認知症となる。高齢者では眉毛の外側 3 分の 1 が脱毛するのが特徴的とされる。両者とも甲状腺ホルモン（安い飲み薬）を補えばほとんど正常となり、見落としてはならない。甲状腺機能低下症の症状は息切れなど循環器や呼吸器の症状が主なことがあり、時として診察だけでは診断は困難である。
しかし、血液検査で甲状腺ホルモンの値を測定すれば容易に診断することができる。医療費削減のために無駄な検査をするなという意見はごもっともだが、何が無駄な検査かという線引きも難しい。甲状腺
ホルモンの検査を怠って認知症が進行してしまったら、個人的および社会的負担は甲状腺ホルモン測定
料金よりもはるかに大きい。

8･3

8章

代表的な糖質95

糖質代謝と糖尿病○

糖質（炭水化物）は ATP 産生を行うための主要な基質である。

○

糖質の代謝は細胞質とミトコンドリアで行われる。

○

糖質は核酸の基本骨格を構成する。

○

ペプチドに糖鎖が結合して複雑な巨大分子（糖タンパク質）となる。

○

インスリンは血糖を降下させるホルモンであり、糖尿病はその機能不全である。

血糖が上昇する糖尿病は、血管病変（脳神経血管障害、網膜障害）を主として様々な不利益の原因となる。血糖は代表的な糖質であるグルコースすることができる。

8･2

糖質とは

である。糖質は細胞質やミトコンドリアで ATP

糖質は、その古典的名称である炭水化物という産生に用いられる（解糖系）。脂質やアミノ酸か

名前が示唆しているように、炭素と水からなるらも ATP 産生は可能であるが、その経路は解糖

Cn(H2O)n の構造をもつ化合物の総称である。と系を必要とする。したがって、糖質は最も直接的

くに重要なのは、核酸の構成要素であるリボース

な ATP 産生系ということになる。糖尿病ではイと ATP 産生系の基本的な基質であるグルコース

ンスリン系の問題により糖質の有効利用ができなである。

くなっている。

8･1

細胞のエネルギー源 ATP

8･3

代表的な糖質エネルギーを産生する直接的な基質となる糖質ためのエネルギーが必要である。細胞の構造はタ糖、スクロース）はグルコースとフルクトース（果ンパク質を中心として、糖質と脂質によって作糖）が結合した二糖類である（図 8･1）
。ショ糖られる。細胞に必要なエネルギーのほとんどはは腸管で分解されてグルコースとフルクトースとATP のリン酸結合が加水分解されるとき、つまして吸収される。フルクトースは三炭素のグリセ

り、ATP が ADP（時として AMP）になるときにルアルデヒドに分解されて代謝される。乳糖（ラ発せられるのが利用されている。ATP はいわゆクトース）はグルコースとガラクトースの二糖類

る生体のエネルギー貨幣である。ATP 以外の高であり、腸管で単糖に分解されて吸収される。こエネルギー化合物（活性化合物）も多くは ATPの分解酵素（ラクターゼ）が欠損すると、腸内にを利用して生成される。この ATP は糖質を酸化

乳糖が溜まって浸透圧や腸内細菌の異常をもたら（燃焼）して得られる。脂質やタンパク質（アミし、腹部膨満や下痢などが生じる（乳糖不耐症）。

ノ酸）も糖質の酸化経路に合流して ATP を産生

ガラクトースは分解されるばかりではなく、グル8糖質代謝と糖尿病

は六炭糖のグルコースである。いわゆる砂糖（ショ章

細胞が機能するためには、細胞の構造と活動の

H

リボース
β-ribose

HO

OH

グルコース（ブドウ糖）
α-glucose

果糖（六員環）β-fructose

O

H

OH

－

OH
H
OH H
OH

H

ガラクトース

－－
－

H

OH

グルコース

乳糖
lactose

ショ糖（いわゆる砂糖）はグルコースとフルクトースが結合した二糖類である。

代表的な糖質

H
OH H

CH2OH

－－

H

CH2OH

OH H

ショ糖
sucrose

図 8･1

CH2OH

果糖（五員環）β-fructose

H

O

－－
－

－－

OH

－－

O

H HO

CH2OH
HO

OH

－
－
－－

CH2OH
O

OH

H
OH H

H

OH

OH H

OH H

－

CH2OH

－
－
－－

HO

H

CH2OH

H HO

果糖（フルクトース）の化学式はグルコースと同じ C 6H12O 6 であるが構造は異なる。
さらに、水溶液中では上記の六員環構造と五員環構造が平衡状態で存在する。

－－

H

H
H HO

－

OH

（2- デオキシリボース）

二糖

O OH

－

H

－－

HO

H
OH H

CH2OH
O

H

OH

－－

H

OH OH

デオキシリボース
β-deoxyribose

CH2OH

－－
－

H

－
－
－－

H

－－

H

H

OH H

OH

－
－
－－

H

糖質代謝と糖尿病

－

CH2OH
O
－

H

OH

－－

H

H

－－

－

CH2OH
O
－－

単糖

－

8章

－－
－

96

乳糖はガラクトースとグルコースが結合した二糖類である。

薬学ノート 8.1 ＜ α - グルコシダーゼ阻害薬（糖尿病治療薬）＞
糖類は単糖になって吸収される。二糖類を単糖に分解するのは小腸粘膜細胞の α - グルコシダーゼである。二糖類と類似した構造をもちながら分解されない糖（ボグリボースなど）を投与すると、吸収を阻害することができる。これにより食後の高血糖を抑制することができる。もともとは抗肥満薬として開発されたが、残念ながら、吸収を遅くさせるだけで、糖の吸収総量はあまり変化しなかった。しかし、糖尿病でもっとも有害とされる食後高血糖を低下させるので、他の糖尿病治療薬と併用される。
α ーグルコシダーゼ阻害薬
OH ボグリボース
H
OH H
HO
OH
NH
OH
H

二糖類

H

HO

グルコースなど
単糖類
小腸管腔

HO

α ーグルコシダーゼ
小腸粘膜上皮細胞
小腸壁

食事

血糖値

血糖上昇を抑制
阻害薬服用
非服用

図 8･2
時間

α- グルコシダーゼ阻害薬

158

12 章

12 章

免

免

疫

疫

○

抗原と特異的に結合する抗体は薬物としても使用される。

○

1 個の B 細胞に由来する抗体がモノクローナル抗体である。1 種類の抗原に対する
複数の B 細胞に由来する抗体がポリクローナル抗体である。

○

抗体には IgM、IgA、IgG、IgD、IgE がある。

○

無限ともいえる抗体をつくるために抗体遺伝子では体細胞変異が行われる。

生きているウシは腐らないが、切り身となったじる前に獲得免疫を樹立して、感染症の発症を予牛肉は放っておけば急速に腐敗していく。動物は防するというものである。インフルエンザワクチ

常にウイルス、細菌、真菌といった周囲の微生物

ンはインフルエンザウイルスのみに有効で、ポリの侵入の危機にさらされている。それを防いでいオ（小児麻痺）ウイルスには無効である。逆に、るのが生体防御系（免疫系）である。免疫系は外ポリオワクチンはインフルエンザの予防にはなら敵ばかりではなく、自分の細胞の反乱分子であるない。

癌も抑止している。免疫系では自己と非自己（敵）を正確に識別して敵を除去する。
時として自己（味方）を攻撃するのが自己免疫疾患である。

12･1

生体防御

12･2

免疫系細胞

免疫系細胞のリンパ球には大きくわけて B 細胞と T 細胞がある。抗原によって刺激された B
細胞は、成熟して形質細胞 plasma cell となってヒトの体には絶えず微生物（ウイルス、細菌、抗体を分泌する。T 細胞の細胞表面膜には抗体が真菌）が侵入している。それら外敵を除去するの受容体のように局在しており、抗原を認識するこが生体防御である。とくに重要なのが、異物を認とができる。そしてヘルパー T 細胞、
サプレッサー

識して除去する免疫系である。

T 細胞、キラー T 細胞となって、免疫系を調節し免疫系には、異物（敵）を非特異的に（すべてたり、細胞性免疫として異物の除去を行う。NKの異物に同じように）攻撃する自然免疫と、ある（natural killer）細胞はリンパ球の一種であるが、異物のみに特異的に攻撃する（それ以外の異物にキラー T 細胞とは異なり、非特異的な細胞攻撃

は反応しない）獲得免疫がある（図 12･1）。獲得を行う。マクロファージは異物を貪食して除去す免疫には、抗体を分泌する体液性免疫と、抗体のる細胞であるが、抗原を分解して断片化して細胞結合した細胞が異物を除去する細胞性免疫があ

表面に組織適合抗原に結合した形で提示する。こる。獲得免疫では、最初に異物に遭遇したときのれを T 細胞が認識して適切な免疫応答が行われ反応は小規模であるが、2 回目以降は迅速に強力る。皮膚などに局在するマクロファージと似た樹な攻撃が行われる。いわゆるワクチンは感染が生状細胞は、抗原提示に特化して T 細胞に情報を

12･2

免疫系細胞

159

自然免疫
情報提供

マクロファージ（貪食細胞）

樹状細胞（抗原提示細胞）

獲得免疫
T 細胞

マスト細胞／肥満細胞 ナチュラルキラー細胞（NK 細胞）（アレルギー反応）

ヘルパー T 細胞

だいたい組織に存在する（血中にも類似細胞）。
B 細胞
形質細胞
（主としてリンパ組織）

好塩基球

血中、リンパ組織、その他に広く分布する。

好酸球

12

章

好中球

サプレッサー T 細胞

免白血球（顆粒球）
図 12･1幹細胞は細胞分裂して自己と同じ幹細胞ともに分化する細胞を提供する。

免疫系細胞と自然免疫

疫

だいたい血中（血管内）に存在する（血管外へも遊走する）。

多能性造血幹細胞
生体防御とは直接的な
関係はない
骨髄系共通
前駆細胞

赤血球系共通前駆細胞

リンパ球共通
前駆細胞
顆粒球共通
前駆細胞

未知の
前駆細胞
赤芽球

NK/T 細胞共通
前駆細胞

巨核球
好中球

B 細胞

好塩基球

単球
赤血球

好酸球

T 細胞

マスト細胞

樹状細胞

血小板

マクロファージ

形質細胞

ヘルパー T 細胞
キラー T 細胞NK 細胞

図 12･2免疫系細胞の系統

160

12 章

免

疫

伝える。樹状細胞は組織によって名前が異なっている（表皮：ランゲルハンス細胞、胸腺やリンパかん

好中球
様々な病原体を攻撃するペプチドの分泌

節：相互連結性嵌入細胞、筋肉：間質細胞、神経系：ミクログリア）（図 12･2）。

12･3

自然免疫と獲得免疫

微生物（細菌、真菌）

マクロファージ貪食

マクロファージや白血球による生体防御は、異トール様受容体

物にたいして特異的な抗体を作製せずに、ただちに応答する。もともとある免疫ということで自然免疫という。最初の侵入時に、その異物に特異的に応答するリンパ球が増殖し、次に侵入してきたときには、ただちに強力な免疫応答を行ういわゆる「免疫」は獲得免疫と言われる。
自 然 免 疫 は、 多 く の 種 類 の 微 生 物（ 細 菌 など）に結合して細胞を傷害するペプチドやマクロ
ファージによる非特異的貪食などによって行わ獲得免疫系へ情報

図 12･3 侵入者を非特異的に攻撃する自然免疫に病原体が結合すると防衛反応である炎症が惹起
される。

12･4

抗 体

れる。マクロファージはその情報を獲得免疫系

抗体は、自分の体とは異なる（時として自分の（T 細胞など）に伝達する役割も担っている（図体の構成要素に対しても）物質に対して、特異的

12･3）。脊椎動物以外の動物種では自然免疫のみに結合する免疫を担う主要なタンパク質である。

であり、獲得免疫系を備えていない。自然免疫系

その模式的な構造は Y の字形となっている（図だけで十分かどうかの議論は難しいが、そのよう

12･4）。2 本の軽鎖と 2 本の重鎖とからなり、分な生物種に感染する微生物は、哺乳類に感染する

子内に多数のジスルフィド結合（SS 結合）が存のよりも弱毒となり、共存して進化してきたという在する。Y の字の頭の 2 か所が特異的に抗原と結考え方がある。つまり、感染微生物が宿主を全滅
超可変領域（相補性決定領域）

させては自分たちも滅びてしまう。そのために、自然免疫のみの動物種に感染する微生物は脊椎動物
よりも弱いという。あるいは、強力な感染微生物

complementary-determing region：CDR

抗原結合
部位

N末端
VH ドメイン鎖重が存在した生物種は滅んでしまったとも言えよう。
病原体を認識する受容体の一つがトール様受容鎖
軽体（toll-like receptor；TLR）である。ショウジョ

S

S

S S
S S

クロファージ、腸管上皮など様々な細胞で異なった受容体が発現している。各 TLR は細菌やウイルスなど異なった微生物を認識する。この受容体

VL ドメインS

補体結合領域

ヒンジ領域

ドイツ語で「すごい」というような意味である。
TLR には 10 種類が見いだされており、単球やマS

C末端

ウバエの発生と形態形成に関与する toll という受容体に類似の受容体として同定された。toll は

N末端

SS 結合

細胞表面受容体(Fc受容体）
結合領域
C末端

図 12･4 抗体の機能を理解するための模式図
ちょうつがいヒンジ領域は蝶 番のように柔軟で、抗体の抗原結合を促進するとされる。

182

14 章

14 章
○

脳と神経

脳と神経

ニューロンの特徴は、細胞外 Na ＋の細胞内への流入によって活動電位を発生できることである。

○

ニューロンを維持する裏方の細胞とされていたグリア（アストログリア、オリゴデ
ンドログリア、ミクログリア）も積極的に情報処理を行っている。

○

脳の血管の内皮やそれを覆うアストロサイトによって血液脳関門が形成されている。

生命科学の進歩は著しいが、それでもまだまだでも幹細胞から新しいニューロンが誕生して補充

未解決の問題が山積みしている。その中でも特にされている。記憶形成や学習などに関与している「最後のフロンティア」とまで言われるのが、ヒらしい。

トの高次精神機能を担っている脳の働きの解明である。いわゆる脳科学である。少し下火になった

14･1

脳科学の現状が「脳科学的には」という言葉が枕詞のように使神経を構成する各細胞の分子レベルでの機能にわれている。191 ページのコラムで紹介している

ついてはかなり解明が進んでいる。しかしながら、ように、残念ながら、あるいは幸いなことに脳のヒトの精神活動はもとより、線虫やショウジョウ

精神機能は分子生物学的にはほとんど解明されてバエのレベルでも、脳としての統合的な神経機能いない。が、脳を構築する細胞や分子群はかなりの生物学的解明は未知の領域である。

細かくわかっている。
脳の細胞は大きくニューロンとグリアに分けら

14･2

神経系の分類れる。ニューロンは活動電位を発生し、電気的情

われわれの精神機能を担っているのは脳を中心報を扱うことができる神経組織の機能的細胞と考とする神経系組織である。神経系組織は中枢神経えられていた。グリアはニューロンが活動できる系（脳と脊髄）と末梢神経系に分類される。末梢ように支える支持細胞とされてきた。しかし、グ

神経は、シグナルを脳から末梢に伝達する遠心性

リアも情報処理を行う細胞であり、脳の情報処理

神経と、末梢から情報を得る求心性神経に分類さはニューロンとグリアすべてが参加している。各れる。機能的観点から分類すると、自分の意思で細胞個別の機能は次々に明らかになっているが、制御できる随意（体性）神経（骨格筋の運動神経）

脳としての全体の機能となると、ほとんど不明でと不随意神経（自律神経）があり、自律神経系はある。ニューロンはもはや分裂することはできな

交感神経系と副交感神経系がある（図 14･1）。

い。ヒトの脳は生まれてからはニューロンを失っていくだけと昔は考えられていた。しかし、成体

14･3

神経を構成する細胞

183

脳

大脳／小脳／脳幹

中枢神経
脊髄
運動神経（遠心性）

神経

随意（体性）神経
感覚神経（求心性）
末梢神経

交感神経（遠心性）
不随意（自律）神経

図 14･1 神経の分類
脳神経は脊髄ではなく脳から直接発する
末梢神経である。嗅神経や視神経は脳と非常に密接していることなど、脳神経は他の末梢神経とは臨床的に区別して扱う。

14･3

副交感神経（遠心性）
内臓感覚神経（求心性）

脳神経（遠心性）
脳神経（聴覚・視覚・嗅覚・味覚など）（求心性）

リアにはアストロサイト（星状膠細胞）、オリゴ

神経を構成する細胞

デンドロサイト（希突起神経膠細胞）
、ミクログ

る。
それを直接的に担っているのがニューロン（神シュワン細胞と外套細胞（衛星細胞）が主たるグ経細胞）である。ニューロンの他の細胞にない特リアとなる。脳組織を走行する毛細血管は内皮細

徴は、活動電位 action potential という（細胞内胞とアストロサイトに密に覆われており、ニューが一次的に正電位になる）電位変化を示すことでロンと血管との間には障壁が形成されている。毛ある。そのニューロンを補助する神経系細胞とし細血管と神経組織の間の物質交換は選択的となってグリア（神経膠細胞）がある。中枢神経ではグている（血液脳関門）（図 14･2，図 14･3）
。

ニューロン

血管

オリゴデンドロサイト

神経線維を束ねる結合組織の鞘アクソン
無鞘神経線維ミエリン鞘
アストロサイトシュワン細胞（グリア）の核
ミクログリア
血管

図 14･2

脳の神経系を構成する細胞

有鞘神経線維ミエリン
アクソン

図 14･3シュワン細胞（グリア）の核

末梢神経線維の構造

14

脳と神経

リア（小膠細胞）の 3 種類がある。末梢神経では

章

神経系では、電気としての情報を伝達し処理す

184

14 章

脳と神経

コラム 14.1 ＜血液脳関門 blood-brain barrier；BBB ＞
一般的な毛細血管は透過性が高く、赤血球は通過できないが（通過した時は出血となる）、白血球や液性成分は比較的自由に通過できる。過度に液性成分が血管外に漏出したのが「浮腫」である。細菌感染などにより炎症が生じたときは白血球が多数動員される。しかし、脳実質の毛細血管は内皮が密で、さらにアストロサイトの突起でも覆われている。（脳血管に特徴的な周皮細胞でも覆われている。この細胞の役割は 2010 年になって注目され始めた。）例えば、黄疸時に上昇するビリルビンは血液脳関門を通過できないので脳は「黄色く」ならない。ところが、新生児では血液脳関門が未熟なために脳にビリルビンが到達し核黄疸となる。このように血液脳関門は脳の防御に重要であるが、逆に、治療では抗生物質など多くの薬物が脳に十分に到達せず、脳内の病巣への効果が不十分となりがちである。化膿性髄膜炎の場合には、一般的な静注に加えて、脳脊髄液に直接的に抗菌薬を投与する（髄注という）
。

ニューロン

アストロサイト

血管内皮

血管内腔

脳の毛細血管に特徴的な周皮細胞 pericyte
内皮細胞の間の結合は密（タイトジャンクション）

アストロサイト

図 14･4

14･4

ニューロン

アストロサイトの
足突起
血液脳関門

活動電位

の透過性はほとんどない。そのため細胞の外と内側の電位を測定すると、K ＋ の平衡電位に相当す

細 胞 内 は K ＋ の 濃 度 が 高 く Na ＋ の 濃 度 が 低

る－ 70mV 程度に維持されている。静止電位以上

い。 こ の 濃 度 差 は、ATP 1 分 子 を 消 費 し な がの電位になることを脱分極、そして静止電位以下＋になることを過分極という。一般的に静止電位をを 汲 み 取 り、 細 胞 外 へ 3 個 の Na を 排 出 す る

維持している K ＋チャネルが閉口すると脱分極とNa ＋ , K ＋ -ATPase によって維持されている。静なる（表 14･1，図 14･6）。

ら濃度勾配に逆らって細胞外から 2 個の K＋＋止状態では細胞膜は K のみに透過性があり（非＋調節性 K チャネルのみが開口している）、Na＋

神経伝達物質や直接的な電気刺激によって、Na ＋ チ ャ ネ ル が 開 口 す る と 細 胞 内 に Na ＋ が 流

196

15 章

15 章

薬物と臓器

薬物と臓器

○

各臓器は、機能が異なっているように、細胞の形態や代謝過程にも特徴がある。

○

複数の薬物を併用する場合には、肝臓の薬物代謝酵素である CYP を介した薬物相互作用がありえる。

○

腎臓は排泄だけではなく、血圧調節も行っている。

○

心臓はポンプ機能だけではなく、ホルモンを分泌する内分泌器官である。

○

肺はガス交換だけではなく、血液の濾過も担っている。

ヒトの体には様々な臓器が存在して役割分担している。それぞれの機能は小中学校でも教えられ

15･1

臓器の特徴

ており、常識として既知であろうが、思いもよらヒトの体には、特別な機能を分担している様々ない機能を備えていることもある。心臓はいうまな臓器（組織）が存在する。多くの疾患は、例えでもなく血液を送り出すポンプであるが、血液量ば胃潰瘍は胃、高血圧は心臓／血管、気管支喘息を調節するホルモン（心房性ナトリウム利尿ペプ

は肺とそれぞれ臓器ごとに考えることができる。

チド：ANP）を分泌する内分泌器官でもある。右しかし、それぞれの臓器は独立しているわけでは

心房はすべての静脈血が集まってくるので、そこなく、一つの個体として統合されている。したがっで循環血液量をモニタリングするのは実に合理的て、疾患を考えるときは、「木も森も、いや、土である。肺は大気とのガス交換だけではなく、血も空気も水も見る」、つまり個体として統合的に液のゴミを濾過している。エコノミークラス症候

考える必要がある。そして、臨床医学では社会的群は、あまり動かないでいたために下肢静脈にで因子（環境要因も含む）も考えなくてはならない。

きた血栓が肺に詰まって肺梗塞が生じた状態であ

薬物療法の実施でも、皮膚や筋肉を含めてすべてる。それはそれで重篤ではあるが、もし、肺で血の組織と薬物の関係を理解する必要がある。しか栓が濾過されなければ、血栓は脳に飛んでいってし、とくに重要なのは、ほとんどの薬物の代謝やさらに困ったことになってしまうのである。肺は排泄が行われる肝臓と腎臓である。

血液がガス交換を行うために毛細血管が非常に発達しており、また、すべての静脈血が経由すると

15･2

肝 臓

ころでもあるから、血液濾過器官としても効率的

肝臓は、右上腹部に存在する成人で 1 kg 前後である。
腸管は消化や吸収が行われる場であるが、の巨大な内臓臓器である。通常の組織の脈管系は腸内には多数の細菌を主とする微生物が「共生」

流入系の動脈と流出系の静脈であるが、肝臓にし、薬物や食物の代謝に積極的に参加している。

はもう一つの流入系である門脈がある。門脈と腸はこれら常在微生物の「牧場」でもある。

は、毛細血管が集まった脈管（通常は静脈とな