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本間善夫 (ecosci.jp / サイエンスカフェにいがた)
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#カガク #ツタエル #分子 #生体分子 #ノーベル賞
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ヒト
約60兆個の細胞
“動物細胞には約1万種類,数にし
て約100億個のタンパク質分子が
存在し,…”
http://www.newtonpress.co.jp/
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◆細胞内は生体分子だらけ
http://www.digizyme.c...
◆ 生体分子の構造はどうやってわかるの?
※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
ロザリンド・フランクリンらによるX線回折写真
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◆結晶と非結晶|無生物と生物
Googleによる“塩化ナトリウム 結晶”画像検索結果
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光合成
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http://www.ecosci.jp/s/bm_m_ps2.html
「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...
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さてこれは無生物由来?
それとも生物由来?
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シールを貼ってからこの紙をめくって正解
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正解は生物由来!
エネルギーに関係するタンパク
質の多くに含まれています。
鉄硫黄クラスターを含む生体分子のSITE例
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RCSB PDB
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㊙スタジオミダス提供の
分子模型製作中の写真
◆ 研究・教育分野でも広がる3Dプリンタ利用
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“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....
◆タンパク質の1次構造~4次構造
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◆画期的分子模型:
ヒトヘモグロビンPDB 2HHB(4量体)
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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...
◆ブームが続く“深海”と分子,ヘモグロビン
PDBj 今月の分子
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ヘモグロビンの大きさ比べ(左:チューブワーム 右:ヒト)
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光合成光化学系IIに関与する巨大なタ
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Mn4CaO5クラスターを含む1つの...
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◆光合成 ;光化学系II
酸素発生中心の詳細な化学構造
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光合成光化学系IIの構造例3A...
◆画期的分子模型:
ウシロドプシンPDB 3PQR(GPCRの例)
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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
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◆2012年 ノーベル化学賞;GPCR
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1億2500万倍のモル・タロウ
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◆3D分子模型;モル・タロウ
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3Dプリンタ製生体分子模型で生物と無生物を考える(日本コンピュータ化学会@サイエンスアゴラ,2015/11/14-15)

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3Dプリンタ製生体分子模型で生物と無生物を考える(日本コンピュータ化学会@サイエンスアゴラ,2015/11/14-15)

  1. 1. 本間善夫 (ecosci.jp / サイエンスカフェにいがた) Twitter ID : @ecochem Facebook ID : ecochem 日本コンピュータ化学会@サイエンスアゴラ2015 (日本科学未来館,2015/11/14-15) http://www.ecosci.jp/
  2. 2. ◆世界結晶年2014 → 国際光年2015 https://www.youtube.com/watch?v=m2maeeA9z84 https://www.facebook.com/ IYLight2015
  3. 3. ◆最近の分子の話題から:イベルメクチン #カガク #ツタエル #分子 #生体分子 #ノーベル賞 https://www.facebook.com/ekifab/ posts/773191739456587 http://www.ecosci.jp/chem13/ topics13c.html#06
  4. 4. ◆分子関連の新刊をトピックで http://www.ecosci.jp/chem13/topics13c.html#08 http://togetter.com/li/889669 http://www.sogensha.co.jp/special/molecules/
  5. 5. ヒト 約60兆個の細胞 “動物細胞には約1万種類,数にし て約100億個のタンパク質分子が 存在し,…” http://www.newtonpress.co.jp/ other/cell.html p.695 37
  6. 6. http://www.rcsb.org/pdb/101/static101.do?p=education_discussion/ educational_resources/ ◆細胞内は生体分子だらけ http://www.digizyme.com/ cst_landscapes.html
  7. 7. ◆ 生体分子の構造はどうやってわかるの? ※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 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) 「油井宇宙飛行士長期滞在プレスキット」 http://iss.jaxa.jp/iss/jaxa_exp/yui/ material/yui_presskit_a.pdf
  8. 8. ◆結晶と非結晶|無生物と生物 Googleによる“塩化ナトリウム 結晶”画像検索結果 http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/ ptdice/english/aletter.html
  9. 9. ◆結晶と非結晶|無生物と生物 https://www.youtube.com/watch ?v=-PS77oxWur4 https://ja.wikipedia.org/ wiki/%E5%A1%A9%E7 %94%B0 http://www.chart.co.jp/ software/tab/ipad_reta il/
  10. 10. ◆結晶と非結晶|無生物と生物
  11. 11. ◆結晶と非結晶|無生物と生物 http://www.chart.co.jp/software/ tab/ipad/sample.html
  12. 12. ◆結晶と非結晶|無生物と生物 光合成 http://www.ecosci.jp/s/bm_m_ps.html http://www.ecosci.jp/s/bm_m_ps2.html
  13. 13. 「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 ◆生命誕生の場は? 《ミュージアム》
  14. 14. ◆結晶と非結晶|無生物と生物 さてこれは無生物由来? それとも生物由来? (模型作製のデータとして) ★シールを貼ってください 無生物 生物 シールを貼ってからこの紙をめくって正解 を
  15. 15. ◆結晶と非結晶|無生物と生物 正解は生物由来! エネルギーに関係するタンパク 質の多くに含まれています。 鉄硫黄クラスターを含む生体分子のSITE例 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/
  16. 16. ◆タンパク質の1次構造~4次構造 RCSB PDB http://www.pdb.org/pdb/ http://www.youtube.com/watch? v=qBRFIMcxZNM http://www.chart.co.jp/software/ tab/ipad/sample.html タンパク質結晶生成宇宙実験(JAXA) http://iss.jaxa.jp/kiboexp/theme /first/protein/
  17. 17. http://www.zcorp.com/jp/Products/3D- Printers/ZPrinter-450/spage.aspx ㊙スタジオミダス提供の 分子模型製作中の写真 ◆ 研究・教育分野でも広がる3Dプリンタ利用 サイエンスセミナー in 江戸川大学(2013/08/23) http://www.edogawa-u.ac.jp/news/130710_2.html
  18. 18. “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
  19. 19. ◆タンパク質の1次構造~4次構造 http://www.ecosci.jp/pdb/hemoglobin_s.html
  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. ◆ブームが続く“深海”と分子,ヘモグロビン PDBj 今月の分子 http://pdbj.org/mom?id=41 ヘモグロビンの大きさ比べ(左:チューブワーム 右:ヒト) http://www.ecosci.jp/pdb/hemoglobin_s.html http://www.jamstec.go.jp/ shinkai6500/25th/drama/
  22. 22. ◆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。
  23. 23. http://www.nicovideo.jp/watch/ 1334128459 ◆光合成 ;光化学系II 酸素発生中心の詳細な化学構造 http://www.ecosci.jp/s/bm_m_ps2.html 光合成光化学系IIの構造例3ARCの Chain A 光化学系II 光化学系I
  24. 24. ◆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。
  25. 25. ◆2012年 ノーベル化学賞;GPCR http://www.nobelprize.org/ Gタンパク質共役受容体 http://gpcr.scripps.edu/ http://www.ecosci.jp/moldic/ http://www.ecosci.jp/GPCR/
  26. 26. ◆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。
  27. 27. ◆2012年 ノーベル生理学医学賞;iPS細胞 http://pdbj.org/mom?id=112 http://www.asahi.com/news/intro/ TKY201210080380.html http://stw.mext.go.jp/series.html http://www.ecosci.jp/pdb/iPS_1gt0.html
  28. 28. ◆ 生命活動と生体を支える窒素;鉄の関与 http://www.ecosci.jp/N/ http://www.ecosci.jp/m/ 1億2500万倍のモル・タロウ と2000万倍の川上モデル http://www.ecosci.jp/pdb/ hemoglobin_s.html http://www.ecosci.jp/ s/bm_m_ps2.html 鉄ポルフィリン ヘモグロビン(Fe) 光合成(Mg)
  29. 29. ◆生物界で見られる4種類のテトラピロール http://www.ecosci.jp/N/ ●JAMSTEC公開PDF 『テトラピロールと地球環境』 https://www.jamstec.go.jp/ biogeos/j/elhrp/biogeoche m/pdf/kagaku83_7.pdf ※別資料に:植物プランクトンの平均的な 化学組成(レッドフィールド比)として 「C106 H263 O110 N16 P1」
  30. 30. ◆3D分子模型;モル・タロウ http://www.talous-world.com/ ネオニコチノイド系農薬のイミダクロプリド(モル・タロウ色表示)が 結合したアセチルコリン結合タンパク質 http://www.ecosci.jp/chem21/neonicotinoid.html 危険ドラッグの例AKB48(APINACA)のモル・タロウ色表示 http://www.ecosci.jp/drug/dc_jmol.html

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