基礎栄養学 | 医スク講義第3回：タンパク質・アミノ酸（Ⅱ）
第3回：タンパク質・アミノ酸（Ⅱ）
基礎栄養学 | 医スク講義
講師：中山正之（薬剤師） 形式：90分講義リファレンス
Topic 1：タンパク質の機能的分類と動的役割
生体内におけるタンパク質の多機能性
- 触媒（酵素）：生体化学反応の加速
- シグナル伝達（受容体）：細胞外情報の感知と伝達
- 物質輸送（トランスポーター・チャネル）：膜を横断するイオン・栄養素の移動
- 構造支持（コラーゲン・ケラチン）：細胞・組織の物理的構造維持
- 運動（アクチン・ミオシン）：筋肉収縮・細胞内輸送
Topic 2：酵素の基本特性とEC番号分類
酵素（Enzyme）の一般的性質
- 活性化エネルギー（Activation Energy）の低下による反応速度の加速（平衡状態は変化させない）
- 基質特異性（Substrate Specificity）および反応特異性
- 最適pHおよび最適温度の存在
国際生化学連合（IUBMB）によるEC番号分類（7大分類）
- EC 1：酸化還元酵素（Oxidoreductases）（例：LDH）
- EC 2：転移酵素（Transferases）（例：AST, ALT）
- EC 3：加水分解酵素（Hydrolases）（例：アミラーゼ、ペプシン）
- EC 4：脱離酵素（Lyases）（例：デカルボキシラーゼ）
- EC 5：異性化酵素（Isomerases）（例：ホスホグルコイソメラーゼ）
- EC 6：合成酵素（Ligases）（例：ピルビン酸カルボキシラーゼ）
- EC 7：トランスロカーゼ（Translocases）（例：H⁺-transporting ATPase）
Topic 3：酵素反応速度論（Michaelis-Menten式）
Michaelis-Mentenの基本式：
v = (Vmax * [S]) / (Km + [S])
- v：初期反応速度
- Vmax：最大反応速度（酵素の全活性部位が基質で飽和した状態）
- Km（ミカエリス定数）：反応速度が Vmax/2 に達するときの基質濃度（一般に数値が低いほど酵素と基質の親和性が高い）
Lineweaver-Burkプロット（二重逆数プロット）：
1/v = (Km/Vmax) * (1/[S]) + 1/Vmax
- y切片 = 1/Vmax
- x切片 = -1/Km
- 傾き = Km/Vmax
Topic 4：酵素活性の阻害様式
| 阻害様式 | 反応機構 | Vmaxへの影響 | Kmへの影響 |
|---|---|---|---|
| 競合阻害（拮抗阻害） | 阻害剤が基質と同一 of 活性部位に結合 | 変化なし | 上昇（親和性低下に見える） |
| 非競合阻害 | 阻害剤が活性部位以外の部位に結合 | 低下 | 変化なし |
| 不競合阻害 | 阻害剤が酵素-基質複合体（ES）にのみ結合 | 低下 | 低下 |
アロステリック効果
- 活性部位とは異なる部位（アロステリック部位）へのエフェクター結合による立体構造変化
- フィードバック阻害（Feedback Inhibition）：代謝経路の最終産物が初期段階の酵素を阻害する自己制御機構
Topic 5：受容体（Receptor）の分類とシグナル伝達
| 分類 | 機序 | 応答速度 | 代表例 |
|---|---|---|---|
| イオンチャネル型受容体 | リガンド結合によりイオンゲートが開閉 | ミリ秒 | ニコチン性アセチルコリン受容体、GABA_A受容体 |
| GPCR（Gタンパク質共役型） | 7回膜貫通型、三量体Gタンパク質を介した二次メッセンジャー活性化 | 秒 | アドレナリン受容体、グルカゴン受容体 |
| 酵素共役型受容体 | 一回膜貫通型、自己リン酸化を伴うキナーゼ活性 | 分 | インスリン受容体、EGF受容体 |
| 細胞内/核内受容体 | 脂溶性リガンドが結合し直接転写因子として機能 | 時間〜日 | ステロイドホルモン受容体、甲状腺ホルモン受容体 |
Topic 6：物質輸送体（トランスポーターとチャネル）
細胞膜を通過する輸送機構
-
受動輸送（Passive Transport）
- 単純拡散：脂溶性物質（O₂, CO₂, ステロイド）の濃度勾配に従う移動
- 促進拡散：トランスポーターやチャネルを介した移動（エネルギー不要）
- チャネル（例：アクアポリン、各種イオンチャネル）
- ユニポーター（単輸送体）（例：GLUT1〜4）
-
能動輸送（Active Transport）
- 一次能動輸送：ATP加水分解エネルギーを直接利用（例：Na⁺/K⁺-ATPase）
- 二次能動輸送：Na⁺等のイオン濃度勾配（一次能動輸送が形成）を動力源として利用
- シンポーター（共輸送体）（例：SGLT1/2）
- アンチポーター（対向輸送体）（例：Na⁺/H⁺交換体）
確認クイズ
- 酵素が反応速度を著しく上昇させる熱力学的根拠を述べよ
- Michaelis-Mentenプロットにおいて、反応速度vがVmaxの90%に達する際の基質濃度[S]をKmを用いて表せ
- 競合阻害剤の存在下において、十分な高濃度に基質を加えた場合の反応速度はどうなるか述べよ
- 代表的な7回膜貫通型受容体ファミリーの名称と、それが仲介するタンパク質群の総称を答えよ
- 二次能動輸送（SGLTなど）の駆動エネルギーの源泉を、一次能動輸送との関係を含めて説明せよ
参考文献
- Nelson DL, Cox MM. Lehninger Principles of Biochemistry. 8th ed. W.H. Freeman; 2021
- Stryer L. Biochemistry. 9th ed. W.H. Freeman; 2019
- Berg JM, et al. Biochemistry. 8th ed. W.H. Freeman; 2015
Chapter 003 | Last updated: 2026-06-02 | 医スク学術体系「基礎栄養学」
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