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本間善夫(ecosci.jp / サイエンスカフェにいがた)
日本コンピュータ化学会@サイエンスアゴラ2016(2016/11/03-06)
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◆近刊「ビッグヒストリー:われわれはどこか
ら来て、どこへ行くのか」(明石書店)
第1スレッショルド ビッグバン:宇宙の起
源
第2スレッショルド 恒星
第3スレッショルド より重い化学元素
第4スレッショルド 恒星
第5スレッショルド 生命の...
◆スレッショルド1 ビッグバン:宇宙
の起源
https://en.wikipedia.org/wiki/
Chronology_of_the_universe
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◆スレッショルド3 より重い化学元
素
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◆スレッショルド3 より重い化学元
素
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※生体分子の構造決定に用いる機器の例(X線回折法)
…日本コンピュータ化学会年会2007秋季年会で見学し
たSPring-8で撮影
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生物「ビッグヒストリー」本 p.64“生命
とは?”
「ビッグヒストリー」本 p.76の『最
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「生命の跳躍」,p.393
それでも、ストロマトライトを構成する青緑色の細
菌「シアノバクテリア」は、すでに微量だがその危
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国立科学博物館展示
日本科学未来館展示
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ゾウの時間 ネズミの時間
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マンモスのヘモグロビン ハツカネズミのヘモグロビン
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◆ヘモグロビンで見る分子系統学
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Genetics/生命の連続性 - データベース高度利用者養成
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◆生命を支えるエネルギーと元素
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●「見てわかる構造生命科学」(化学同人)
フルカラー図版・アニメー...
“水と油”で見る20種類のアミノ酸
アミノ酸
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極性 log P
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極性・非極性 Cleftの分類 等電点
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“分子”が社会で果たす役割「ビッグヒストリー」本 p.83・332にペニシリン
なぜ高校「化学」で官能基を学ぶのか?
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抗生物質分子データ集
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“分子”が社会で果たす役割 …“鍵と鍵穴”で見る「ビッグヒストリー」本 p.83・332にペニシリン
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◆画期的分子模型:
ウシロドプシンPDB 3PQR(GPCRの例)
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◆脳の発達を戦略としたヒトの誕生
- 脳の外部化としてのコンピュータと計算
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※2012年ノーベル化学賞はGPCR
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原子→分子→生体分子が湧き出すビッグヒストリー(2015/11/03-06 日本コンピュータ化学会@サイエンスアゴラ,日本科学未来館)

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原子→分子→生体分子が湧き出すビッグヒストリー(2015/11/03-06 日本コンピュータ化学会@サイエンスアゴラ,日本科学未来館)
http://www.ecosci.jp/sccj_sa2016/
http://www.ecosci.jp/BigHistory/

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原子→分子→生体分子が湧き出すビッグヒストリー(2015/11/03-06 日本コンピュータ化学会@サイエンスアゴラ,日本科学未来館)

  1. 1. 本間善夫(ecosci.jp / サイエンスカフェにいがた) 日本コンピュータ化学会@サイエンスアゴラ2016(2016/11/03-06) http://www.ecosci.jp/sccj_sa2016/ http://www.ecosci.jp/BigHistory/
  2. 2. ◆近刊「ビッグヒストリー:われわれはどこか ら来て、どこへ行くのか」(明石書店) 第1スレッショルド ビッグバン:宇宙の起 源 第2スレッショルド 恒星 第3スレッショルド より重い化学元素 第4スレッショルド 恒星 第5スレッショルド 生命の誕生 第6スレッショルド ホモ・サピエンス 第7スレッショルド 農業 第8スレッショルド 現代社会/アントロポ シーン https://www.facebook.com/events/1641114792867344/ 1 http://www.akashi.co.jp/book/b251054.html
  3. 3. ◆スレッショルド1 ビッグバン:宇宙 の起源 https://en.wikipedia.org/wiki/ Chronology_of_the_universe http://www.astro.ucla.edu/~wright/ BBNS.html http://stw.mext.go.jp/series.html http://www.hazardlab.jp/know/ topics/detail/1/5/15303.html https://www.bighistoryproject. com/chapters/1#intro
  4. 4. ◆スレッショルド3 より重い化学元 素 https://www.youtube.com/ watch?v=rskUa_qGa8s 核図表(理研)から作成 http://www.rarf.riken.go.jp/enjoy/kakuzu/ https://school.bighistory project.com/media/khan/ articles/U3_Dimitri_Men deleev_2014_890L.pdf
  5. 5. ◆スレッショルド3 より重い化学元 素 http://www.akashi.co.jp/book/b251054.html http://www.akashi.co.jp/files/books/4421/4421_sample_p028-029.pdf http://www.ecosci.jp/BigHistory/ http://stw.mext.go.jp/series.html 30 + 83 = ? 「ビッグヒストリー」本 p.28 周期表
  6. 6. http://www.rcsb.org/pdb/101/static101.do?p=education_ discussion/educational_resources/ http://stw.mext.go.jp/series.html 展示の3Dプリンタ模型に 含まれている元素 ◆スレッショルド5 生命の誕生
  7. 7. http://www.rcsb.org/pdb/101/static101.do?p=education_discussion/educational_resources/ http://www.ecosci.jp/ ◆スレッショルド5 生命の誕 生
  8. 8. http://www.rcsb.org/pdb/101/static101.do?p=education_discussion/educational_resources/ http://www.ecosci.jp/ ◆スレッショルド5 生命の誕 生 ◆スレッショルド6 ホモ・サピエンス p.104に言語関連遺伝子FOXP2 DNAに結合した言語関連遺伝子FOXP2のフォークヘッドドメ インの構造PDB 2A07 http://www.ecosci.jp/s/genome_map.html
  9. 9. ※生体分子の構造決定に用いる機器の例(X線回折法) …日本コンピュータ化学会年会2007秋季年会で見学し たSPring-8で撮影 タンパク質の1次構造から高次構造までを参照できるサイト例 http://themedicalbiochemistrypage.org/protein- structure.html ロザリンド・フランクリンら によるX線回折写真 Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate Franklin R. and Gosling R.G. Nature 171, 740-741 (1953) ◆スレッショルド5 生命の誕生 《DNA》 「ビッグヒストリー」本 p.71ほか にDNA
  10. 10. ◆スレッショルド5 生命の誕生 生物と無 生物「ビッグヒストリー」本 p.64“生命 とは?” 「ビッグヒストリー」本 p.76の『最 初の細胞はどこでどのように誕生した のか?』にはブラックスモーカー。 http://www.ecosci.jp/life/
  11. 11. 「生命の跳躍」,p.393 それでも、ストロマトライトを構成する青緑色の細 菌「シアノバクテリア」は、すでに微量だがその危 険なガスを大気に加えはじめていた。 国立科学博物館展示 日本科学未来館展示 「生命の跳躍」,p.34 痕跡化した熱水孔と同様,顕微鏡サイズの小部屋の 壁が鉄硫黄化合物でできており,触媒の役目も果たし ていた。 鉄硫黄クラスターを含むPDBデー タ2WQY http://www.ecosci.jp/s/bm_ m_SF4.html ◆スレッショルド5 生命の誕生 《ミュージア ム》「ビッグヒストリー」本 p.80にストロマトライト
  12. 12. ゾウの時間 ネズミの時間 ◆ヘモグロビンはいろいろな生物に マンモスのヘモグロビン ハツカネズミのヘモグロビン http://www.ecosci.jp/pdb/hemoglobin_s.html
  13. 13. ◆ヘモグロビンで見る分子系統学 http://www.ecosci.jp/pdb/ hemoglobin_s.html Genetics/生命の連続性 - データベース高度利用者養成 http://togodb.sel.is.ocha.ac.jp/pukiwiki/Genetics/%C0%B8 %CC%BF%A4%CE%CF%A2%C2%B3%C0%AD.html
  14. 14. ◆生命を支えるエネルギーと元素 http://www.ecosci.jp/s/bm_m_ps.html http://www.ecosci.jp/s/bm_m_SF4.html ●「見てわかる構造生命科学」(化学同人) フルカラー図版・アニメーション動画 http://www.kagakudojin.co.jp/appendices/ c20092/ 生命活動に必要なエネルギーの確保:Mn4CaO5クラスター “歪んだ椅子”とFe-Sクラスター - 水(親水性)と油(疎水性) で考える
  15. 15. “水と油”で見る20種類のアミノ酸 アミノ酸 特性基 R hydropathy 極性 log P 酸性・ 塩基性 極性・非極性 Cleftの分類 等電点 O I I/O index Ile I イソロイシン 80 0 0 4.5 5.2 -1.70 中性 非極性(疎水性) Aliphatic 6.02 Leu L ロイシン 70 0 0 3.8 4.9 -1.52 中性 非極性(疎水性) Aliphatic 5.98 Val V バリン 50 0 0 4.2 5.9 -2.26 中性 非極性(疎水性) Aliphatic 5.96 Ala A アラニン 20 0 0 1.8 8.1 -2.85 中性 非極性(疎水性) Aliphatic 6.00 Phe F フェニルアラニン 140 15 0.107 2.8 5.2 -1.38 中性 非極性(疎水性) Aromatic 5.48 Pro P プロリン 60 10 0.167 -1.6 8.0 -2.54 中性 非極性(疎水性) Pro & Gly 6.30 Met M メチオニン 100 20 0.200 1.9 5.7 -1.87 中性 非極性(疎水性) Aliphatic 5.74 Cys C システイン 60 20 0.333 2.5 5.5 -2.49 中性 極性(中性) Cysteine 5.07 Trp W トリプトファン 180 130 0.722 -0.9 5.4 -1.05 中性 非極性(疎水性) Aromatic 5.89 Tyr Y チロシン 140 115 0.821 -1.3 6.2 -2.26 中性 極性(中性) Aromatic 5.66 Lys K リシン 80 70 0.875 -3.9 11.3 -3.05 塩基性 極性(塩基性) Positive 9.74 Gly G グリシン 0 0 - -0.4 9.0 -3.21 中性 非極性(疎水性) Pro & Gly 5.97 His H ヒスチジン 80 152 1.900 -3.2 10.4 -3.32 塩基性 極性(塩基性) Positive 7.59 Arg R アルギニン 80 190 2.375 -4.5 10.5 -4.20 塩基性 極性(塩基性) Positive 10.76 Thr T トレオニン 40 100 2.500 -0.7 8.6 -2.94 中性 極性(中性) Neutral 6.16 Glu E グルタミン酸 60 150 2.500 -3.5 12.3 -3.69 酸性 極性(酸性) Negative 3.22 Gln Q グルタミン 60 200 3.333 -3.5 10.5 -3.64 中性 極性(中性) Neutral 5.65 Asp D アスパラギン酸 40 150 3.750 -3.5 13.0 -3.89 酸性 極性(酸性) Negative 2.77 Ser S セリン 20 100 5.000 -0.8 9.2 -3.07 中性 極性(中性) Neutral 5.68 Asn N アスパラギン 40 200 5.000 -3.5 11.6 -3.82 中性 極性(中性) Neutral 5.41 http://www.ecosci.jp/amino/amino2j.html
  16. 16. ◆スレッショルド8 現代社会/アントロポ シーン “分子”が社会で果たす役割「ビッグヒストリー」本 p.83・332にペニシリン なぜ高校「化学」で官能基を学ぶのか? 有機概念図簡易計算アプリ http://www.ecosci.jp/ocd-app/
  17. 17. ◆スレッショルド8 現代社会/アントロポ シーン “分子”が社会で果たす役割 …“鍵と鍵穴”で見る「ビッグヒストリー」本 p.83・332にペニシリン 抗生物質分子データ集 http://www.ecosci.jp/ab/ab_jmol.html http://www.ecosci.jp/ab/ab_pdb_j.html 有機概念図 http://www.ecosci.jp/ocd/ http://winmostar.com/jp/
  18. 18. ◆スレッショルド8 現代社会/アントロポ シーン “分子”が社会で果たす役割 …“鍵と鍵穴”で見る「ビッグヒストリー」本 p.83・332にペニシリン 抗生物質分子データ集 http://www.ecosci.jp/ab/ab_jmol.html http://www.ecosci.jp/ab/ab_pdb_j.html 有機概念図 http://www.ecosci.jp/ocd/ http://winmostar.com/jp/ ★元素合成と並んでゲノム編集により生命の操作も始まりつつある sgRNAおよび2本鎖DNAと結合したCRISPR-Cas9の構造 PDB 5F9R http://www.ecosci.jp/CRISPR/
  19. 19. ◆画期的分子模型: ウシロドプシンPDB 3PQR(GPCRの例) http://www.ecosci.jp/pdb/km_3pqr.html 細胞の中と外を橋渡しする膜タンパク質 は多彩な働きを担っており,中でも GPCR(Gタンパク質共役受容体)ファミ リーは医薬の標的としても重要で,その 研究は2012年ノーベル化学賞を受賞 している。 写真は視覚を担うGPCR(嗅覚や味覚 も多くはGPCRが関与)のロドプシン例 である。1つのタンパク質であるが,光受 容分子のレチナール(白丸)の着脱を可 能にするなどの目的で3つに分けられて おり,磁石で組立てが可能となっている。 このような高度な配慮もしてもらえるのが 新模型の優れたところである。 「ビッグヒストリー」本 p.83にロドプシン
  20. 20. ◆画期的分子模型: ヒトヘモグロビンPDB 2HHB(4量体) http://www.ecosci.jp/pdb/hemoglobin_s.html 高校化学・生物でタンパク質の1次構造 ~4次構造を説明する際に,4次構造で 例示されるのが通例ヘモグロビンである。 ヘムの鉄原子に酸素分子が結合して体 中に運ばれる。4量体でヘムも4分子あ り,効率的に機能している。写真のよう に4量体が磁石で接合できるので,サイ エンスアゴラや各地の一般公開イベント でこども達にもパズル感覚で組立てを楽 しんでもらっている。新模型はまだ高価 であるが,共同購入などで高校理科室 に一括で備えるようなことを企画すれば 安くなる可能性もあろう。
  21. 21. ◆画期的分子模型: 光合成に関係するPDB 3ARCのA鎖 http://www.ecosci.jp/s/bm_m_ps2.html 光合成光化学系IIに関与する巨大なタ ンパク質の中にある光化学反応中心の Mn4CaO5クラスターを含む1つのタン パク質だけを作成したもの。同クラス ターの“歪んだ椅子”型構造が解明され たことが米サイエンス誌の2011年10 大ニュースに選ばれ,関連人工光合成 研究が多数進められている。膜貫通タ ンパク質であり,膜通過部分の大部分 が緑色の疎水性アミノ酸であることも視 覚的に理解できる。
  22. 22. ◆画期的分子模型: Oct1/Sox2/DNA複合体PDB 1GT0 http://www.ecosci.jp/pdb/iPS_1gt0.html DNAを含むデータとして選んだのが, iPS細胞の山中4因子(Oct3/4・ Sox2・Klf4・c-Myc)関連として, Sox2およびOct4類似のOct1タンパ ク質がDNAに結合した構造である。な おOct4は2014年7月にNature論 文が撤回されたSTAP細胞研究でも登 場する。今回の発注ではDNAについて もタンパク同様,シリコーン樹脂に球棒 モデルで石膏構造を内包するよう特注 し,初の試みとして実現していただけた。 これにより塩基対などDNAの2重らせ ん構造を目の当たりにすることができた。
  23. 23. ◆脳の発達を戦略としたヒトの誕生 - 脳の外部化としてのコンピュータと計算 科学 2013年ノーベル化学賞は計算化学分野 http://www.ecosci.jp/sccj_sa2013/ ※2012年ノーベル化学賞はGPCR http://www.ecosci.jp/GPCR/ http://www.ecosci.jp/chem12 /nobel_all_j.html 2013年サイエンスアゴラ出展か ら
  24. 24. ◆タンパク質の1次構造~4次構造 http://www.chart.co.jp/software/ tab/ipad/sample.html http://www.ecosci.jp/pdb/hemoglobin_s.html RCSB PDB http://www.pdb.org/pdb/

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