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/

極小物質から生命のナゾにせまる

◆世界結晶年 2014 → 国際光年 2015

https://www.youtube.com/watch?v=m2maeeA9z84https://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_retail/

◆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.htmlhttp://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 2WQYhttp://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/65734http://www.nature.com/news/the-scientist-of-the-future-1.17965http://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 PDBhttp://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/biogeochem/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.416653278358070.87786.132246190132115

◆ 生体分子となかよく !

http://www.pdb.org/

0 200 400 600 800 10000

200

400

600

800

有機性 Ｏ

無機

性 Ｉ

LSDco-caine heroi

n

mor-phine

Δ9-THCmetham-phetamine

MDMA

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-CHMINACA5F-AMBAMTBZP2C-B2C-T-2DMTGHBHU － 210JWH-0185-MeO-DIPT5-MeO-AMT5-MeO-DMT5-MeO-MIPT4-MTATFMPP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