アドレナリンによる血糖上昇：cAMPカスケードAdrenaline Raises Blood Sugar: the cAMP Cascade

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. アドレナリンは水に溶けやすいホルモンです。肝細胞に届いたとき、細胞の中に入ってはたらくと思いますか、それとも外側ではたらくと思いますか。Adrenaline is a water-soluble hormone. When it reaches a liver cell, do you think it works by entering the cell, or from the outside?💡 細胞膜はおもに脂質でできています。水に溶けやすい物質がそこを通りぬけられるか考えよう。The cell membrane is made mainly of lipids. Think about whether a water-soluble substance can pass through it.
2. ごく少量のアドレナリンで、短時間に大量のグルコースを血液へ出せるのはなぜだと思いますか。How do you think a very small amount of adrenaline can make the liver release a large amount of glucose in a short time?💡 細胞の中で信号が何段階も伝わっていくとき、各段階で分子の数がどうなるかに注目しよう。Pay attention to what happens to the number of molecules at each step as the signal is passed along inside the cell.

2動かしてみようTry it

1. 初期設定（副腎髄質の分泌量 4分子/回、1段階あたりの増幅率 c = 3、グリコーゲンの貯蔵量 18顆粒）で観察する。左の血管を流れるオレンジのアドレナリン分子が、肝細胞の膜の外側の「受容体」に結合して消える様子と、カスケードの箱の中の点が段階ごとに増えていく様子を見る。Observe with the default settings (Adrenaline released 4 per pulse, Amplification per step c = 3, Glycogen stored 18 granules). Watch the orange adrenaline molecules in the blood vessel bind to the "Receptor" on the outside of the liver cell membrane and disappear, and watch the dots in the cascade boxes increase from step to step.
2. グリコーゲン顆粒から出た粒が「グルコース-1-リン酸 → グルコース-6-リン酸 → グルコース」と色を変えながら「輸送体」を通って血管へ出ていく様子と、上の「血中グルコース濃度」グラフを見る（分泌は約12秒続き、40秒ごとにくり返す）。Watch particles leave the glycogen granules, change color as "glucose-1-phosphate → glucose-6-phosphate → glucose", pass through the "Transporter" into the blood vessel, and follow the "Blood glucose" graph at the top (release lasts about 12 s and repeats every 40 s).
3. 「1段階あたりの増幅率 c」を 2 と 5 に変え、そのつど「リセット」して、画面の「増幅率 c⁴」の値と「活性ホスホリラーゼ（相対）」、血糖の上がり方を比べる。Change "Amplification per step, c" to 2 and then 5, pressing "Reset" each time, and compare the "Amplification c⁴" value, the "Active phosphorylase (relative)" value, and how much blood sugar rises.
4. c を 3 に戻し、「副腎髄質の分泌量」を 1 と 10 にして「リセット」し、「結合受容体」の数と活性ホスホリラーゼの定常値を比べる。Return c to 3, set "Adrenaline released" to 1 and then 10, press "Reset", and compare the number of "Bound receptors" and the steady-state value of active phosphorylase.
5. 「グリコーゲンの貯蔵量」を最小（3顆粒）にして「リセット」し、「グリコーゲン残量」が0になったあとの血糖グラフを見る。Set "Glycogen stored" to the minimum (3 granules), press "Reset", and watch the blood glucose graph after "Glycogen left" reaches 0.

3確かめようCheck

1. アドレナリン分子は肝細胞のどこまで進みましたか。How far into the liver cell did the adrenaline molecules go?→ 細胞膜の外側にある受容体に結合したところで消え、細胞の中には入らなかった。細胞内へは受容体からGタンパク質へと信号だけが伝わる。They disappeared after binding to receptors on the outside of the cell membrane and never entered the cell. Only the signal is passed inside, from the receptor to the G protein.
2. 増幅率 c を 2、3、5 にしたとき、「増幅率 c⁴」の値と血糖の上がり方はどうでしたか。When c was set to 2, 3 and 5, what were the "Amplification c⁴" values, and how did blood sugar rise?→ c⁴ はそれぞれ 16、81、625。受容体1個あたりの活性ホスホリラーゼが c⁴ 倍になるので、1回の分泌で血糖は c=2 では 96 mg/dL 前後まで、c=3 では 110 mg/dL 前後まで、c=5 では 140 mg/dL 近くまで上がった（値は毎回少しずつ違う）。c⁴ was 16, 81 and 625. Because active phosphorylase per receptor is multiplied by c⁴, one release raised blood sugar to about 96 mg/dL at c = 2, about 110 mg/dL at c = 3, and close to 140 mg/dL at c = 5 (values vary a little each run).
3. グリコーゲンからできた粒は、どの順に変化して血液へ出ていきましたか。In what order did the particles made from glycogen change before entering the blood?→ グリコーゲン → グルコース-1-リン酸 → グルコース-6-リン酸 → グルコースの順で、最後に輸送体を通って血管へ出た。逆向きには進まなかった。Glycogen → glucose-1-phosphate → glucose-6-phosphate → glucose, and finally out through the transporter into the blood vessel. It never ran backwards.
4. グリコーゲンの貯蔵量を3顆粒にすると、どうなりましたか。分泌が止まったあとの血糖はどうなりましたか。What happened with only 3 granules of glycogen stored? And what happened to blood sugar after release stopped?→ 分泌中なのに10秒ほどでグリコーゲン残量が 0/30 になり、それ以上グルコースが出なくなって血糖の上昇は 105 mg/dL 前後で止まった。どの設定でも、分泌が止まると血糖はゆっくり正常域（基準 90 mg/dL）へ戻っていった。Glycogen left reached 0/30 after about 10 s even though adrenaline was still being released, so no more glucose came out and blood sugar stopped rising at around 105 mg/dL. In every setting, once release stopped, blood sugar slowly returned toward the normal range (baseline 90 mg/dL).

4考えようThink further

1. 受容体からグリコーゲンホスホリラーゼまで、何段階も信号を受けわたすしくみには、どんな利点があるでしょうか。What is the advantage of passing the signal through many steps from the receptor to glycogen phosphorylase?→ 各段階で分子の数が増えるので、増幅率が掛け算で大きくなる（c=3 の4段階で 81 倍）。そのため、ごく少量のアドレナリンでも短時間に大量のグリコーゲンを分解でき、危険が迫ったときなどに素早く血糖を上げてエネルギーを供給できる。The number of molecules increases at each step, so the amplification multiplies (81 times over four steps with c = 3). This lets a tiny amount of adrenaline break down a large amount of glycogen quickly, raising blood sugar fast to supply energy, for example in an emergency.
2. この作品ではグリコーゲンの量を減らすと血糖があまり上がりませんでした。長時間運動したあとや空腹が続いたあとにアドレナリンが出たら、どうなると考えられますか。In this work, reducing the glycogen store limited the rise in blood sugar. What would you expect if adrenaline were released after long exercise or a long time without eating?→ 肝臓のグリコーゲンがすでに減っているため、信号がいくら増幅されても分解できる材料が少なく、血糖はあまり上がらない。体は脂肪の分解など別の方法でエネルギーを補う必要がある。Liver glycogen is already low, so no matter how much the signal is amplified there is little to break down, and blood sugar rises only a little. The body must rely on other sources, such as breaking down fat.

よくある誤解Common misconceptions

• 「ホルモンはすべて細胞の中に入ってはたらく」という誤解。アドレナリンのような水溶性ホルモンは細胞膜を通れず、膜の受容体に結合して、細胞内の情報伝達（cAMPなど）を通じてはたらく。"All hormones work by entering the cell." Water-soluble hormones such as adrenaline cannot cross the cell membrane; they bind to membrane receptors and act through signaling inside the cell (such as cAMP).
• 「アドレナリン1分子がグルコース1分子をつくる」という誤解。カスケードで信号が何段階も増幅されるので、1つの結合から多数のグルコースが生じる。"One adrenaline molecule makes one glucose molecule." Because the cascade amplifies the signal over several steps, a single binding event produces many glucose molecules.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)