シグナル伝達のしくみ～受容～

細胞はどのように他の細胞に情報を伝達するのか？

細胞と細胞は情報を伝え合う必要があります。体内をめぐる情報網も、ミクロ的視点でみると細胞から細胞へ情報を伝え続けています。

細胞間の情報伝達は、直接的に伝える方法と間接的に伝える方法があります。

直接的に伝えるのは、ギャップ結合によってくっついている細胞間での情報伝達です。
ギャップ結合について詳しくはこちら

一方間接的に情報を伝えるということは、離れた細胞に遠隔で伝達するということです。

このとき植物や動物はホルモンと呼ばれる物質を送ることで、シグナル伝達を行います。
ホルモンを用いるシグナル伝達なので、内分泌型シグナル伝達とも呼ばれます。

ホルモンが情報を伝達する反応は、受容・変換・応答の3つの段階に分けて考えられます。

すなわち、

シグナル分子（ホルモン）が細胞膜にある受容体に結合することで細胞膜が認識し、

細胞内で他の分子を動かすことで情報を伝達し、

様々な細胞応答を起こすきっかけになる

という３段階です。

ホルモンのような、受容体に結合することで細胞外から細胞内へ情報を伝えるシグナル分子のことをリガンドといいます。

このページでは、受容について説明していきます！

変換について、応答についても別のページで解説しています！

変換・応答についてはこちら！

シグナル分子（リガンド）は細胞膜表面にある膜貫通型受容体によって受容されます。

一般的にリガンドと受容体の結合は１対１対応をします。カギと鍵穴のようなイメージです。

膜貫通型受容体には主に3種類あり、Gタンパク質共役型受容体（GPCR）・受容体チロシンキナーゼ・イオンチャネル受容体といいます。

Gタンパク質共役型受容体は細胞膜にあるタンパク質の集合体です。

細胞外に面している部位にはシグナル分子結合部位があり、細胞内に面している部位にはループ構造があります。このループでGタンパク質と結合します。

Gタンパク質が細胞膜の細胞質側に存在し、通常時はGDPという分子が結合している状態である。GDPが結合しているときは、Gタンパク質は不活性型の状態である。
Gタンパク質共役型受容体にシグナル分子が結合すると、Gタンパク質共役型受容体は活性化されて形を変える。そしてGタンパク質がGタンパク質共役型受容体に結合し、GDPがGTPに置き換えられる。GTPが結合しているときは、Gタンパク質は活性型の状態である。
活性化されたGタンパク質は、Gタンパク質共役型受容体から離れて、細胞膜を移動する。ある酵素と結合することでその酵素を活性化させ、細胞応答の引き金になる（変換が起きるきっかけになる）。
Gタンパク質は、自身が持っているGTPアーゼという酵素によってGTPを加水分解し、GDPにする。これによってGタンパク質は再び不活性型となり、１の状態に戻る。

このようにしてシグナル分子を受容し、細胞に伝達します。

４段階目があることで、Gタンパク質は再利用が可能になっています。また自動で動き続けるわけではないので、シグナル分子の結合がなくなったときにすぐに反応を止めることができます。

受容体チロシンキナーゼも細胞膜にあるタンパク質です。

構造はGタンパク質共役型受容体と似ていて、細胞外に面している部位にはリガンド結合部位があり、細胞内に面している部位にはチロシンというアミノ酸が結合しています。

シグナル分子が受容体チロシンキナーゼに結合すると、２つの受容体チロシンキナーゼが密着してくっつく。この過程は2量体化と呼ばれる。
2量体化が起こると、それぞれの受容体チロシンキナーゼにあるチロシンが活性化する。そしてATPからリン酸をもらい、互いの受容体チロシンキナーゼに結合しているチロシンにさらにリン酸を付加します。これによって、活性化されていたチロシンがさらに活性されるイメージです。
２によって細胞内の中継タンパク質と呼ばれるタンパク質が、受容体チロシンキナーゼのチロシンに結合する。これによって中継タンパク質が活性化される（周りに活性化を分け与えるイメージ）。活性化された中継タンパク質は細胞応答の引き金になる（変換が起きるきっかけになる）。

このようにしてシグナル分子を受容し、細胞に伝達します。

イオンチャネル受容体は細胞膜にあるチャネルの一種です。

チャネルとは？と思った人にはこちらで解説しています！

しかしこれは、常時開いているチャネルではなく、リガンドが結合したときのみ開きます。

リガンド開閉型イオンチャネル受容体は、通常時はチャネルが閉じた状態でいる。
リガンドが受容体に結合すると、チャネルが開く。イオンが通過できるようになり、細胞内部へイオンが流れ込む。このイオン濃度の上昇が細胞応答の引き金になる（変換が起きるきっかけになる）。
リガンドが受容体から離れると、再びチャネルは閉じて１の状態に戻る。

このようにしてリガンドを受容し、細胞に伝達します。