Microsoft PowerPoint - ã…’ã‡¤ã…ƒã‡¯ã†®ä¸ŒçŁ„2018

Size: px

Start display at page:

Download "Microsoft PowerPoint - ã…’ã‡¤ã…ƒã‡¯ã†®ä¸ŒçŁ„2018"

のぶのすけありの
5 years ago
Views:

ヌクレオチドの糖ヌクレオチドの糖は 2 種類あるリボース : 主として RNA に使われるデオキシリボース : 主としてに使われる両者は 2 に OH( リボース ) か H( デオキシリボース ) が結合している点が異なる (2) ヌクレオチドの塩基核酸に使われる塩基の種類は 5

1 1. 核酸と遺伝子核酸とはヌクレオチドの重合体で構成される生体高分子例として ( デオキシリボ核酸 ) や RNA( リボ核酸 ) がある核酸は遺伝情報物質でありいわば生命の設計図である 1 遺伝情報と遺伝情報 : 生物が個体として生命活動を営むのに必要なすべての情報遺伝情報はヒトの場合染色体 ( ゲノム ) に格納されている子のゲノムは両方の親からそれぞれ受け継いだ 2 組のゲノムを持つ ( 下図 ) 遺伝情報は細胞分裂により親から子へ引き継がれるこの遺伝情報を担う物質がである (1) ヌクレオチドの糖ヌクレオチドの糖は 2 種類あるリボース : 主として RNA に使われるデオキシリボース : 主としてに使われる両者は 2 に OH( リボース ) か H( デオキシリボース ) が結合している点が異なる (2) ヌクレオチドの塩基核酸に使われる塩基の種類は 5 種類あるアデニン (A) グアニン (G) シトシン () チミン (T) ウラシル (U) に使われる塩基は A, G,, T RNA に使われる塩基は A, G,, U である 2 核酸の構造核酸の基本単位はヌクレオチドヌクレオチド = 糖 + 塩基 + リン酸このうち糖と塩基の部分をヌクレオシドというヌクレオシド = 糖 + 塩基 1

3 核酸の構造的特徴ヌクレオチドが多数重合したポリマー ( ポリヌクレオチド鎖 ) (1) はこの鎖が一対二本 ( 二本鎖 ) からなっており RNA は一本の鎖 ( 一本鎖 ) からなる 5 3 5 3 (2) このポリヌクレオチド鎖の始まりの末端を 5 - 末端終わりの末端を 3 - 末端という核酸が生体で作られる時には 5 3 の方向に合成される (3) 通常

2 3 核酸の構造的特徴ヌクレオチドが多数重合したポリマー ( ポリヌクレオチド鎖 ) (1) はこの鎖が一対二本 ( 二本鎖 ) からなっており RNA は一本の鎖 ( 一本鎖 ) からなる (2) このポリヌクレオチド鎖の始まりの末端を 5 - 末端終わりの末端を 3 - 末端という核酸が生体で作られる時には 5 3 の方向に合成される (3) 通常下記のように構造を書くのは大変なので 5 - 末端から 3 - 末端に向かって塩基の並び ( 塩基配列 ) のみを示す ( 例 ) 5 -ATGATGATG.-3 (4) のの二本鎖は塩基同士の水素結合により作られる塩基の組み合わせは A と T, G との組み合わせである ( 右図 ) したがっての塩基の割合 ( 塩基組成 ) は A と T は等しく G とは等しい ( シャルガフの法則 ) (5) は二本鎖がらせんを巻いた二重らせんの形で存在する ( ワトソンクリックの構造右図 ) そのとき二本鎖の方向は互いに逆平行である片方の鎖に対しもう一方の鎖を相補鎖というでは A は T, G はと対になるため片方の鎖の塩基配列が分かるともう一方の鎖の塩基配列もわかる 5 ATGGTATG. 3 3 TAGATGAGG. 5 (6) RNA は一本鎖からなる RNA は A, G,, U の塩基が使われこの塩基の並び ( 塩基配列 ) が情報となる RNA はの塩基配列の一部を写し取るために使われ長さはに比べ著しく短い (7) RNA はその機能に応じて以下の 3 種類がある mrna( メッセンジャー RNA, 伝令 RNA);( 遺伝子 ) から塩基配列を写し取りできる RNA でこの RNA にはタンパク質のアミノ酸の並び ( アミノ酸配列 ) を指定する塩基配列を含む trna( トランスファー RNA, 運搬 RNA):mRNA の情報 ( コドン ) に基づいて指定されるアミノ酸をリボソーム ( タンパク質合成装置 ) に運ぶ RNA rrna( リボソーム RNA): リボソームを構成する RNA 2

4 核酸の機能 (1) は遺伝情報の担い手であるエイブリーの実験 (1944) によりが遺伝物質であることが示されたを細胞に導入するとその上の情報により細胞の形質が変化する ( 形質転換 ) S 株の細胞無細胞抽出液を分子の種類で分画遺伝情報の流れ ( セントラルドグマ ) (2) 中にはタンパク質を作り出す情報の部分

) その複製の様式は半保存的である ( 半保存的複製 ) (4) 中の遺伝情報の正体は塩基 (ATG) の並び方 ( 塩基配列 ) であるの片方の鎖の塩基配列に相補的な塩基配列が RNA に写し取られる R 株 R 株 S 株 R 株 R 株エイブリーの実験遺伝情報を運ぶ分子はである RNA 翻訳タンパク質 5 ATGGTATG.

3 4 核酸の機能 (1) は遺伝情報の担い手であるエイブリーの実験 (1944) によりが遺伝物質であることが示されたを細胞に導入するとその上の情報により細胞の形質が変化する ( 形質転換 ) S 株の細胞無細胞抽出液を分子の種類で分画遺伝情報の流れ ( セントラルドグマ ) (2) 中にはタンパク質を作り出す情報の部分 ( 遺伝子 ) が含まれておりセントラルドグマに従って RNA に塩基の情報が写し取られ ( 転写 ) その情報に従ってタンパク質が出来る ( 翻訳 ) RNA タンパク質脂質炭水化物 R 株の細胞を形質転換する能力を調べる複製転写 (3) 細胞が分裂した際にはも元の細胞と同じ塩基配列を持ったものがコピーされる ( 複製 ) その複製の様式は半保存的である ( 半保存的複製 ) (4) 中の遺伝情報の正体は塩基 (ATG) の並び方 ( 塩基配列 ) であるの片方の鎖の塩基配列に相補的な塩基配列が RNA に写し取られる R 株 R 株 S 株 R 株 R 株エイブリーの実験遺伝情報を運ぶ分子はである RNA 翻訳タンパク質 5 ATGGTATG. 3 3 TAGATGAGG. 5 転写 5 ATGGTATG. 3 3 AUGUAUG TAGATGAGG RNA 転写の際はの片方の鎖の塩基配列を基にして RNA が作られるそのときの T の代わりに RNA では U が使われる U は T と同じ機能を持ち A と水素結合 ( 塩基対 ) を作る ( 右図 ). 3

4 5 転写 (2) 真核生物の場合イントロン ( タンパク質をコードしない部分 ) 二本鎖上の遺伝情報 ( 塩基配列 ) の一方が読み取られ mrna が作られること原核生物と真核生物では遺伝子の構造が異なるため転写の様式も異なる具体的には二本鎖の一部がほどけそのうちの一本の鎖 ( 鋳型 ) を元にして RNA ポリメラーゼにより RNA がつくられるエキソン ( タンパク質をコードする部分 ) エキソンとイントロンを含めて遺伝子と呼ぶ (1) 原核生物の場合の情報を基に RNA ポリメラーゼにより mrna が合成される遺伝子 ( タンパク質をコードする部分 ) RNA ポリメラーゼにより RNA が合成翻訳 mrna( 伝令 RNA: タンパク質になる情報を含む ) タンパク質核 RNA ポリメラーゼにより RNA が合成一次転写産物 RNA 5 cap 構造とポリA 尾部の付加 RNAスプライシング ( イントロンの除去 ) AAAAAA ポリA 尾部 5 -cap 構造 mrna( 伝令 RNA: タンパク質になる情報を含む ) 翻訳タンパク質転写されて出来た mrna の塩基配列を基にアミノ酸へと情報が変換される ( 翻訳 ) 4

5 6 翻訳翻訳は転写により生成した mrna の情報 ( 塩基配列 ) をアミノ酸に変換しアミノ酸の重合したタンパク質を合成することである (1) 遺伝暗号 ( コドン遺伝コード ) mrna の塩基配列をアミノ酸に変換するには何らかの法則が必要であるニーレンバーグオチョアコラーナは様々な塩基配列の RNA を合成しそこから生成されるアミノ酸の関係を発見した ( プリント次ページ ) その結果 mrna の塩基 3 つの並び ( コドン ) が一つのアミノ酸を規定することが分かったただし 3 塩基の可能な配列は 64 通りありアミノ酸は 20 種ある従って対応関係は 1:1 ではない 1 アミノ酸に対応するコドンは複数存在する ( 縮退縮重 ) ( 例 ) AUGTTTAAA.. (2) 翻訳の概要翻訳は mrna だけではできないそこで 1mRNA の配列に対応するアミノ酸を運搬し 2 アミノ酸同士を連結する装置が必要となる 1 に相当する分子が trna( 転移 RNA もしくは運搬 RNA) でコドンとアミノ酸の情報の仲介をする ( アダプター分子 ) 2 に相当する分子がリボソームと呼ばれる分子でありこれは多数のタンパク質に rrna( リボソーム RNA) が結合した巨大な複合体分子である 3 trna の構造 trna は RNA の一種で AUG の塩基のほかに特殊な塩基 (AUG の誘導体 ) を含んでいる一本鎖で存在するがその分子内で水素結合を形成しクローバー型の二次構造を形成するステム受容ステム : ここにアミノ酸が結合する Met-Phe-Pro-Lys.. ここで AUG は Met( タンパク質合成開始 : 開始コドン ) を UGA,UAA,UAG はタンパク質合成停止の合図 ( 終止コドン ) となる生物により GUG を開始コドンとして用いるものもあるアンチコドン :mrna のコドンに結合する 5

真核 40S) mrna と結合 5 翻訳の機構 (1) mrna が核膜孔から細胞質へ出ていきそこにリボソームが結合する (2) mrna 上のコドンに対応したアミノ酸が結合した trna がリボソームに運搬される (3) trna

6 翻訳 4 リボソームの構造リボソームはタンパク質を合成する巨大な分子で小サブユニットと大サブユニットからなる原核生物と真核生物では大きさが異なる ( 原核 70S, 真核 80S) P A 大サブユニット ( 原核 50S, 真核 60S) アミノアシルtRNAの結合とアミノ酸同士の連結 P 部位とA 部位を含む P 部位 ( ポリペプチドの転移とtRNAの排出 : 出口 ) A 部位 ( アミノアシルtRNAの結合 : 入口 ) 小サブユニット ( 原核 30S, 真核 40S) mrna と結合 5 翻訳の機構 (1) mrna が核膜孔から細胞質へ出ていきそこにリボソームが結合する (2) mrna 上のコドンに対応したアミノ酸が結合した trna がリボソームに運搬される (3) trna により運ばれたアミノ酸同士がリボソーム内で連結しタンパク質がつくられる * このように転写翻訳を経て中の遺伝子の情報 ( 塩基配列 ) が RNA に写し取られ ( 転写 ) mrna の情報を元にタンパク質がつくられる ( 翻訳 ) 6

7 2 文字目 U A G 1 文字目 U A G UUU Phe UU Phe UUA Leu UUG Leu UU Leu U Leu UA Leu UG Leu AUU Ile AU Ile AUA Ile AUG Met GUU Val GU Val GUA Val GUG Val* UU Ser U Ser UA Ser UG Ser U Pro Pro A Pro G Pro AU Thr A Thr AA Thr AG Thr GU Ala G Ala GA Ala GG Ala UAU Tyr UA Tyr UAA オーカー UAG アンバー AU His A His AA Gln AG Gln AAU Asn AA Asn AAA Lys AAG Lys GAU Asp GA Asp GAA Glu GAG Glu UGU ys UG ys UGA オパール UGG Trp GU Arg G Arg GA Arg GG Arg AGU Ser AG Ser AGA Arg AGG Arg GGU Gly GG Gly GGA Gly GGG Gly 赤は終止コドン * 原核生物では開始コドンとなる U A G U A G U A G U A G 3 文字目遺伝コード ( コドン ) mrna GATTAGAU AUG GUU UGU UUU GG. AU UAA UAUAGGAUUUU. 開始コドン終止コドン mrna の連続する 3 塩基をコドン (codon) というコドンはそれぞれ 1 つのアミノ酸に対応するが UAA, UAG, UGA の 3 つに対応するアミノ酸はなくタンパク質合成の終了を指定する ( 終止コドン ) mrna の翻訳の際最初に現れる AUG はタンパク質合成の開始を指定する ( 開始コドン ) 開始コドン以降の配列を 3 塩基ずつ区切っていくとそれらが 1 つ 1 つのアミノ酸に対応する 7

Topics 核酸に関する雑学三共出版生命と環境林要喜知ほかより引用究極の個人情報 ~SNP~ 前頁でのべたように人の設計図であるゲノムの全塩基配列が 2006 年に全解明されたしかし設計図はわかってもそこから作られるものは何なのかはまだわかっていませんゲノム解読後 ( ポストゲノム ) の現在これを解き明かすことが世界中の生命科学研究者の最重要課題です例えば

ヒトゲノムを丹念に解読すると各個人の間で少しずつその塩基配列に違いのあること ( 遺伝子多型 ) がわかりました特に遺伝子の中でたった一塩基の違いの遺伝子多型を SNP (Single Nucleotide Polymorphism) といいますヒトゲノムは 30 億塩基対でありこのうち 0.

8 Topics 核酸に関する雑学三共出版生命と環境林要喜知ほかより引用究極の個人情報 ~SNP~ 前頁でのべたように人の設計図であるゲノムの全塩基配列が 2006 年に全解明されたしかし設計図はわかってもそこから作られるものは何なのかはまだわかっていませんゲノム解読後 ( ポストゲノム ) の現在これを解き明かすことが世界中の生命科学研究者の最重要課題です例えばどのような転写産物 (RNA) が作られるのかを調べるトランスクリプトーム (Transcription: 転写 +Genome) どのようなタンパク質が作られるのかを調べるプロテオーム (Protein: タンパク質 +Genome) 代謝物質を調べるメタボローム (Metaboism: 代謝 + Genome) などの新しい学問分野が生まれ総じてシステム生物学といわれていますところでヒトゲノムを丹念に解読すると各個人の間で少しずつその塩基配列に違いのあること ( 遺伝子多型 ) がわかりました特に遺伝子の中でたった一塩基の違いの遺伝子多型を SNP (Single Nucleotide Polymorphism) といいますヒトゲノムは 30 億塩基対でありこのうち 0.1% (300 万塩基 ) は SNP ですこの SNP が個人差を生み出す要因でありいわば個人認証のバーコードです SNP のように遺伝子でたった一つ塩基が違っても遺伝子そのものに大きな影響がある場合とそうではない場合があります例えばがん患者にはがん抑制遺伝子に SNP がよく見られますまたアルコールを飲むと赤くなりやすい人気分の悪くなる人平気な人など個人差があり薬に対しても効きやすい人効きにくい人アレルギーを起こす人など千差万別です甘いものが好きな人嫌いな人なども個人差があります現在ではこのような体質の個人差のうち遺伝に起因するものは SNP が要因であると考えられており個人の SNP を検出できれば一人ひとりにあった有効な治療薬や治療法の開発 ( テーラーメード医療 ) につながりますしかし SNP はいい面ばかりではありませんがん糖尿病などにかかりやすい遺伝子を持っていたり逆に優秀な頭脳や秀でた身体能力などは SNP を解析することでわかってしまうケースがありますこのことは生活心理プライバシー健康保険結婚個人差別問題に発展する懸念がありこうした生命科学や医療の発展が個人の幸福に水をさすことにもなりかねませんこうした生命倫理のガイドラインの整備が国家単位で求められています ( ブルーバックス新しい薬をどう創るか京大院薬学研究科編ブルーバックスアメリカ NIH の生命科学戦略掛札堅著東京化学同人ヴォート基礎生化学などから引用 ) 8

9 2. タンパク質アミノ酸タンパク質とは 1 構成単位であるアミノ酸同士がペプチド結合でつながったもの 2 タンパク質に使われるアミノ酸としては 20 種のアミノ酸 (L 体 ) がある 3 どのアミノ酸がどういう順番で何個のアミノ酸がつながるかによりタンパク質のアミノ酸配列 ( アミノ酸の並び一次構造ともいう ) は膨大な数の組み合わせが存在するアミノ酸配列の類似しているタンパク質同士は類似した機能を持つことが多い 4 タンパク質の機能はこれら一次構造とさらに官能基同士の相互作用で形成される三次元立体構造により決定されるアミノ酸の種類と分類 1. 非極性アミノ酸 (10 種 ) H グリシン (Gly, G) H H 3 H 3 イソロイシン * (Ile, I) 2. 非荷電極性アミノ酸 (5 種 ) OH セリン (Ser, S) H 3 アラニン (Ala, A) S H 3 メチオニン * (Met, M) * 必須アミノ酸 H H 3 H 3 バリン * (Val, V) H 2 N + H H 2 H H 3 OH トレオニン * (Thr, T) プロリン (Pro, P) H 3 H ロイシン * (Leu, L) H 2 N O アスパラギン (Asn, N) H 3 フェニルアラニン * (Phe, F) NH トリプトファン * (Trp, W) H 2 N O グルタミン (Gln, Q) SH システイン (ys, ) OH チロシン (Tyr, Y) H 3 N + 3. 荷電アミノ酸 (5 種 ) H NH + =NH 2 NH 2 アルギニン (Arg, R) H 3 N + 塩基性アミノ酸タンパク質とアミノ酸 N( アミノ基 ) 末端タンパク質 H NH 3 + リシン * (Lys, K) H H 2 N--O-NH--O-..--OOH R1 一つのアミノ酸 ( アミノ酸残基という ) NH ペプチド結合 H R2 N H + ヒスチジン * (His, H) H Rn O O - アスパラギン酸 (Asp, D) 酸性アミノ酸 ( カルボキシル基 ) 末端側鎖主鎖 O O - グルタミン酸 (Glu, E) 9

タンパク質の種類と機能タンパク質の構造 1 酵素化学反応を触媒するタンパク質後のスライド参照 2 貯蔵タンパク質細胞や組織個体に蓄えられるタンパク質カゼインは乳タンパク質の主成分で a 貯蔵フェリチンは肝臓などに存在し Fe 貯蔵 3

一番右の官能基は -OOH となるアミノ酸略記号は一文字でも三文字でもよいが長い配列を表記する際は一文字記号が良く使われる左から 1 番目 2 番目と数えるアミノ酸がつながったタンパク質 ( ポリペプチド鎖 ) 5 抗体タンパク質防御タンパク質抗原に対し生体内で免疫反応により生産されるタンパク質または

ホルモン細胞間の情報伝達にかかわる物質のうちタンパク質性のものはインシュリン成長ホルモン副腎皮質刺激ホルモンなどがある二次構造主鎖の官能基 ( ペプチド結合 ) 同士の相互作用により形成される立体構造らせん状に巻いた α- ヘリックスやひだ状になった部分が平行もしくは逆平行になった構造 (β ーシート )

10 タンパク質の種類と機能タンパク質の構造 1 酵素化学反応を触媒するタンパク質後のスライド参照 2 貯蔵タンパク質細胞や組織個体に蓄えられるタンパク質カゼインは乳タンパク質の主成分で a 貯蔵フェリチンは肝臓などに存在し Fe 貯蔵 3 運搬タンパク質生体内で物質を運搬するタンパク質血液中のヘモグロビンは酸素を運搬血清リポタンパク質は脂肪を運搬 4 収縮タンパク質 ( アクチンミオシン ) ATP をエネルギー源としてアクチンやミオシンは筋収縮を行うタンパク質の表記法 : アミノ酸の並んでいる順番に左から書く従って一番左の官能基は NH2-, 一番右の官能基は -OOH となるアミノ酸略記号は一文字でも三文字でもよいが長い配列を表記する際は一文字記号が良く使われる左から 1 番目 2 番目と数えるアミノ酸がつながったタンパク質 ( ポリペプチド鎖 ) 5 抗体タンパク質防御タンパク質抗原に対し生体内で免疫反応により生産されるタンパク質または生体防御にかかわるタンパク質 6 毒性タンパク質生物が産生するタンパク質で毒性を示すものボツリヌス毒素やジフテリア毒素など 7 構造タンパク質生体の細胞や組織器官を構成するタンパク質ケラチン ( 角質 : 皮膚毛髪爪など ) コラーゲン ( 動物の細胞外基質の原材料細胞間接着に重要 ) 8 ホルモン細胞間の情報伝達にかかわる物質のうちタンパク質性のものはインシュリン成長ホルモン副腎皮質刺激ホルモンなどがある二次構造主鎖の官能基 ( ペプチド結合 ) 同士の相互作用により形成される立体構造らせん状に巻いた α- ヘリックスやひだ状になった部分が平行もしくは逆平行になった構造 (β ーシート ) がある三次構造主鎖および側鎖の官能基同士の相互作用により形成される立体構造共有結合イオン結合疎水性相互作用分子間力水素結合などにより形成されるサブユニット構造四次構造サブユニット構造 ( 四次構造を形成する一本のポリペプチドをサブユニットという ) ともいいそのタンパク質がどのようなサブユニット構成から成り立っているかを示したものこの図の場合 4 つのサブユニット (α2β2) から成り立っている 10

Topics アミノ酸に関する雑学 1 アミノ酸飲料と味の素かつてブームになったアミノ酸飲料は手軽にアミノ酸が摂取できることから今でも根強い人気がありますしかしアミノ酸飲料を飲むだけでヒトに必要なアミノ酸摂取量が補えるのでしょうか?

摂取量によっては脳腫瘍や白血病などを引き起こすという報告もあり安全性に対する論争が続いていますまたアミノ酸を利用した製品として味の素があります味の素はうまみ成分である L- グルタミン酸ナトリウムを 97.

グルタミン酸ナトリウム入りのワンタンスープを飲んだ人たちにあらわれたもので顔首腕にかけてのしびれや灼熱感動悸めまい倦怠感などの症状が見られます他のアミノ酸ではこうした報告は少ないのですが L-Tyr, L-Lys などは動物実験で胎児の発育に影響をあたえるとの報告もありますしかしこうしたアミノ酸の製品を過剰に摂取しなければ安全と考えられています ( 渡辺雄二

11 Topics アミノ酸に関する雑学 1 アミノ酸飲料と味の素かつてブームになったアミノ酸飲料は手軽にアミノ酸が摂取できることから今でも根強い人気がありますしかしアミノ酸飲料を飲むだけでヒトに必要なアミノ酸摂取量が補えるのでしょうか? 体重 50kg の人の場合一日の必要なアミノ酸量は約 50g です一方アミノ酸飲料に含まれるアミノ酸は約 1~4g です従ってかなり不足していることが分かりますまたこうしたアミノ酸飲料ではアスパルテーム (Asp-Phe-O-Me) などの人工甘味料が含まれている場合がありますアスパルテームは糖類ではなくアミノ酸が 2 個つながった化合物ですアスパルテームは摂取量によっては脳腫瘍や白血病などを引き起こすという報告もあり安全性に対する論争が続いていますまたアミノ酸を利用した製品として味の素があります味の素はうまみ成分である L- グルタミン酸ナトリウムを 97.5% 含む調味料です以前 L- グルタミン酸ナトリウムは化学合成されていましたが現在は発酵法が主流となっています L- グルタミン酸ナトリウムは動物実験で毒性等の報告はほとんどありませんが L- グルタミン酸ナトリウムを一度に大量に取ると一部の人に中華料理症候群と呼ばれる過敏症が起こることが知られています中華料理症候群は 1968 年にアメリカの中華料理店で L- グルタミン酸ナトリウム入りのワンタンスープを飲んだ人たちにあらわれたもので顔首腕にかけてのしびれや灼熱感動悸めまい倦怠感などの症状が見られます他のアミノ酸ではこうした報告は少ないのですが L-Tyr, L-Lys などは動物実験で胎児の発育に影響をあたえるとの報告もありますしかしこうしたアミノ酸の製品を過剰に摂取しなければ安全と考えられています ( 渡辺雄二食べてはいけない添加物食べてもいい添加物だいわ文庫より ) 2 アミノ酸の味と役割アミノ酸の初めての発見は 1806 年フランスでアスパラガスの芽から発見されたアスパラギンでしたその後次々にアミノ酸が発見され 1935 年にローズが20 番目のアミノ酸としてトレオニンを発見しタンパク質を構成する20 種の標準アミノ酸が明らかとなったまた人が体内で合成できないアミノ酸 (9 種 ) を必須アミノ酸といい一つでも足りないアミノ酸 ( 制限アミノ酸という ) があると他のアミノ酸の利用効率も下がるもっとも足りないアミノ酸 ( 第一制限アミノ酸 ) は植物性食品ではリシンである従って食事においてアミノ酸のバランスが大変重要になる標準アミノ酸のうちうまみ酸味成分はGlu Aspの酸性アミノ酸でこれらを多く含むものはおいしいと感じる一方甘み成分は Gly, Ala, Thr, Pro, Ser, Glnであり苦み成分はPhe, Tyr, Arg, Leu, Ile, Val, Met, Hisである発酵食品では微生物の作用によりタンパク質の分解が進みアミノ酸含量が増えることで独特の味が出る ( 味の素 HPより ) こうして摂取されたアミノ酸は我々の細胞組織器官を形成するタンパク質や代謝をつかさどる酵素 ( タンパク解糖系質の一種 ) の構成要素として重要であるその他アミノ酸は分解されピルビン酸 ( 解糖系 ) アセチルoA 2- オキソグルタル酸やオキザロ酢酸 ( クエン酸回路 ) などを生成し最終的にO2 H2O クエン酸回路尿素などに代謝されるかブドウ糖の生成 ( 糖新生 ) に使われるまた非必須アミノ酸の合成にも一部は使われるこれらの過程はATP 合成などのエネルギー代謝に関与するためアミノ酸は生物が生命活動をする上で極 11 めて重要な物質である

12 3. バイオテクノロジーの歴史 3.1 発見の歴史 1869 年ミーシャホッペザイラー細胞核中の核酸の発見 1928 年グリフィス形質転換の発見肺炎双球菌の実験 ( 下図 ) により熱で殺した病原性 S 株中に非病原性の R 株の性質を変える ( 形質転換 ) 物質があることを発見したグリフィスの実験 S 株の細胞無細胞抽出液を分子の種類で分画 RNA タンパク質脂質炭水化物 R 株の細胞を形質転換する能力を調べる年ウィルキンスフランクリンの立体構造は二重らせんである X 線構造解析により解明 1953 年ワトソンクリックの二重らせんモデルを提唱シャルガフの法則を証明するの二重らせんモデルを構築提唱した R 株 R 株 S 株 R 株 R 株肺炎双球菌の S 株 ( 病原性 ) S 株をマウスに注射マウスは死ぬ遺伝情報を運ぶ分子はである二重らせんモデル肺炎双球菌の R 株 ( 非病原性 ) R 株をマウスに注射マウスは死なない 1940 年代後半シャルガフ中の塩基組成は一定である中の A と T, G との割合が等しいことを発見した ( シャルガフの法則 ) S 株を加熱殺菌 R 株 S 株を加熱殺菌マウスに注射マウスに注射マウスは死ぬマウスは死なない生きた S 株が復活マウスに注射マウスは死ぬ 1952 年ハーシーチェイス遺伝子の正体はである細菌に感染するウィルスのを 32 P でタンパク質を 35 S で標識し感染させた細菌での成分を調べると 32 P が検出されたウィルスの遺伝物質はウィルス 32 P で標識した 1944 年エイブリー形質転換の原因物質はであるグリフィスの実験を発展し形質転換の原因物質がであることを証明した大腸菌細胞 35 S で標識したタンパク質ウィルスを大腸菌に感染させるウィルス頭部を細菌細胞から離す遠心分離感染細胞には 32 P が含まれる 12

13 1950 年代後半メセルソンスタールの複製は半保存的であるもとの鎖それぞれに対して 1 本ずつ新しい鎖が合成されもとのの情報がコピー ( 複製 ) されるもとの鎖コピーされた鎖 ( 半分はもとの鎖 ) 1967 年連結酵素 ( リガーゼ ) の発見どうしを連結することが可能になった 1968 年アルバー制限酵素の発見特定の塩基配列で切断することが可能になったを切るハサミ ( 制限酵素 ) とのり ( リガーゼ ) があることで人工的な ( 遺伝子 ) を作ることが可能となった年ニーレンバーグオチョアコラーナ遺伝暗号 ( コドン ) の発見 mrna 上の塩基 3 文字の並びがどのアミノ酸を指定するのかを発見合成 mrna (poly U) 合成された放射性ポリペプチド遺伝子組み換え実験の時代へ 3.2 遺伝子組み換え実験の歴史 1972 年バーグ試験管内でのの結合に成功 AAA 動物に感染するウィルス SV40 の切断と A の付加 AAA TTT 細菌に感染するウィルス λ ファージの切断と T の付加 TTT 放射性標識アミノ酸を含む無細胞翻訳系 AAA TTT AAA TTT 人工分子の作製 13

14 3.2 遺伝子組み換え実験の歴史 ( つづき ) 1973 年コーエンボイヤー試験管内でのの酵素による切断結合に成功人工分子の作製大腸菌のプラスミド制限酵素で切断リガーゼで連結ブドウ球菌のプラスミド制限酵素で切断遺伝子組み換え技術で期待されること 1975 年アシロマ会議組換え実験の安全性に関する国際会議生命現象生物進化の解明病気の治療医薬品開発鑑定などの検査技術農学分野への応用有用なタンパク質の生産利用微生物の改良による食品製造環境修復環境浄化遺伝子組み換え技術で懸念されること人工生物の生態系 ( 人間含む ) への影響産生したタンパク質などによる人体への影響毒性生物兵器の開発による生物テロ遺伝子組み換え生物の長期的な影響過剰な医薬品ビジネスアグリビジネスなどによる経済格差の拡大鑑定などによるプライバシーの侵害冤罪遺伝子組み換え生物や分子に対する社会的不安の増大国際会議による遺伝子組み換え実験指針の作成 1970 年アンデルヒガ大腸菌の形質転換法の発見大腸菌に外来のを取り込ませる方法を発見混合塩化カルシウムで処理した大腸菌 1985 年ムリス PR (Polymerase hain Reaction) によるの増幅法の開発細胞を使わずにの一部を特異的に増幅する技術培養遺伝子のクローニングや人工的に作製したを増やすことが可能になった ( 遺伝子組み換え技術 ) 遺伝子組み換え生物安全性は? 14

1980 年代サンガーの塩基配列決定法の開発酵素を用いた塩基配列決定法の開発 1981 年 ES 細胞の作製イギリスのエバンスらによりマウスの内部細胞塊 (IM) から種々の組織や器官に分化できる ES 細胞が作製された

細胞様の多能性幹細胞を作り出すことに成功した電気泳動で分離解析 ips 細胞 1983 年アルマータンパク質工学の概念を提唱理論的な設計にもとづいて目的の機能を有するタンパク質分子を作製する 1990-2006

洗剤に入っているタンパク質分解酵素 ( サチライシン ) 21 世紀はポストゲノムの時代に突入 ( オーミクス ) トランスクリプトーム ( 転写産物の解析 ) プロテオーム ( 発現タンパク質の解析 ) メタボローム (

15 1980 年代サンガーの塩基配列決定法の開発酵素を用いた塩基配列決定法の開発 1981 年 ES 細胞の作製イギリスのエバンスらによりマウスの内部細胞塊 (IM) から種々の組織や器官に分化できる ES 細胞が作製された 2006 年 ips 細胞の作製京大の山中教授らはマウスの繊維芽細胞に Oct3/4, Sox2, Klf4, c-myc の 4 つの転写因子 (Yamanaka Factor) を導入することで ES 細胞様の多能性幹細胞を作り出すことに成功した電気泳動で分離解析 ips 細胞 1983 年アルマータンパク質工学の概念を提唱理論的な設計にもとづいて目的の機能を有するタンパク質分子を作製する年国際ヒトゲノムプロジェクトヒトの染色体の塩基配列の解明ヒトの設計図が明らかとなった ( 前回のプリント参照 ) タンパク質の立体構造を解析ゲノム情報の利用アミノ酸配列情報の利用人工的なタンパク質分子の作製が可能に洗剤に入っているタンパク質分解酵素 ( サチライシン ) 21 世紀はポストゲノムの時代に突入 ( オーミクス ) トランスクリプトーム ( 転写産物の解析 ) プロテオーム ( 発現タンパク質の解析 ) メタボローム ( 代謝産物の解析 ) バイオインフォマティクス ( 解析情報の統合集約化 ) 2012 年 RISPR/as9 によるゲノム編集シャルパンティエとダウドナらは RISPR によるゲノム編集の可能性を報告した 2015 年には RISPR/as9 を用いて世界初のヒト受精卵の遺伝子操作が中国で行われた 15

13FG-生物-問題_H1.indd

13FG-生物-問題_H1.indd 平成 25 年度次世代の科学技術を担う人材育成事業福岡県高校生科学技術コンテスト総合問題生物注意事項 1 試験開始の合図があるまで, この問題冊子の中を見てはいけません 2 試験中に問題冊子の印刷不鮮明, ページの落丁乱丁及び解答用紙の汚れなどに気付いた場合は, 挙手をして監督者に知らせなさいただし, 問題内容にかかわる質問は, 受け付けません 3 解答用紙には, 解答欄以外に次の記入欄があるので,