本間善夫(ecosci.jp / サイエンスカフェにいがた)
第3回 江戸川大学サイエンスセミナー(2015/07/24)
http://www.ecosci.jp/
◆世界結晶年2014 → 国際光年2015
https://www.youtube.com/watch?v=m2maeeA9z84
https://www.facebook.com/
IYLight2015
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
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
◆ 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
◆光(電磁波)の種類;モノと光
http://commune.spring8.or.jp/introduction/about.html
http://stw.mext.go.jp/series.html
◆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
◆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/
◆結晶と非結晶|無生物と生物
◆結晶と非結晶|無生物と生物
http://www.chart.co.jp/software/
tab/ipad/sample.html
◆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
「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》
◆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
◆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/
http://www.natureasia.com/ja-
jp/nature/highlights/65734
http://www.nature.com/news/the-
scientist-of-the-future-1.17965
http://nature.com/stem
http://blogs.edweek.org/edweek/curriculum/2012/02/
president_obama_hosted_his_sec.html
http://www.seidosha.co.jp/index.
php?9784791767175
S(サイエンス=科学)
T(テクノロジー=技術)
E(エンジニアリング=工学)
M(マセマティクス=数学)
◆STEM教育って?
◆周期表と元素,ノーベル賞 http://stw.mext.go.jp/series.html
http://www.chart.co.jp/software/
tab/ipad/sample.html
科学博物館
◆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/
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
“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
◆タンパク質の1次構造~4次構造
http://www.ecosci.jp/pdb/hemoglobin_s.html
◆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。
◆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/
◆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。
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
◆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。
◆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/
◆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。
◆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
◆ 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)
◆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」
◆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
https://www.facebook.com/media/set/
?set=a.416653278358070.87786.1322
46190132115
◆生体分子となかよく !
http://www.pdb.org/
0
200
400
600
800
0 200 400 600 800 1000
無機性I
有機性 O
LS
cocain
heroi
morphin
Δ9-THC
methamphetami
MDM
LSD(幻覚作用)
MDMA(幻覚作用)
コカイン(興奮作用)
テトラヒドロカンナビノール(幻覚作用)
ヘロイン(鎮静作用)
メタンフェタミン(興奮作用)
モルヒネ/モルフィン(鎮静作用)
AB-CHMINACA
5F-AMB
AMT
BZP
2C-B
2C-T-2
DMT
GHB
HU-210
JWH-018
5-MeO-DIPT
5-MeO-AMT
5-MeO-DMT
5-MeO-MIPT
4-MTA
TFMPP
アミネプチン
エフェドリン
ケタミン
サイロシン
サルビノリンA
ノルエフェドリン
ブフォテニン/ブホテニン
メチロン
http://www.ecosci.jp/drug/dc_jmol.html
http://www.ecosci.jp/ocd/
◆最近の話題から:危険ドラッグ

極小物質から生命のナゾにせまる(第3回 江戸川大学サイエンスセミナー,2015/07/24)