生物有機化学

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1 質問への答え 速い 書き込みが追い付かない 空欄を開いたことを言ってほしいなるべくゆっくりやります ただし 生化学をできるだけ網羅し こんなの聞いたことない というところをなるべく残さないようにと思っています 通常の講義よりは速いでしょう 試験では細かいことは聞きません レーザーポインターが見にくい アンカータンパク質の内側 外側とは? 細胞内と細胞外です 動画の場所 Youtube で Harvard Cell Animation_mp4 を検索してください ゴルジ体の機能糖鎖の付加 そのための酵素がたくさん詰まってます 液晶 細胞外 細胞内 液体 共役を持つと共鳴して安定ではないか? なぜ 脂質の共鳴は良くないか? Π 電子は共鳴するとエネルギー的に安定 しかし ラジカルの付加体も安定化するので 付加反応が起こりやすくなる 液晶状態とは? 液体 ( 無秩序 ) と結晶 (3 次元の秩序 ) の間 1 次元もしくは 2 次元 ( 細胞膜 ) の秩序がある 詳しくはインターネットで調べてください フォスファチジルセリンが細胞の生死にかかわっている 細胞の生と死とはなにか? 細胞が傷んで 自己複製しなくなるのが細胞の死 死細胞では 新しい酵素が作られないので失活する フリッパーゼが働かなくなり フォスファチジルセリンは表面に出たままになる ( フォスファチジルセリンを外に出すタンパク質 ( フロッパーゼ ) もあります )

2 小胞と膜の融合 小胞上のSNAREが 膜上のSNAREを認識し 融合させる ( 通常 膜は融合できない ) HIVの感染は類似のメカニズムで起こる 動画 (8:00) be.com/watch?v= GigxU1UXZXo

3

4 第三回 参考図書 10 章膜輸送 膜輸送とは 受動輸送 : イオンチャネル アクアポリン 活動電位 能動輸送 : グルコース輸送体 輸送性 ATPase ルーイン細胞生物学第 1 版 8,400 専用 Web で動画が見れる 4

5 膜輸送とは 細胞膜の透過性の低い物質( イオン 水 糖など ) を細胞内 外へ運ぶ 受動輸送と能動輸送に分類される受動輸送 : 濃度勾配に従う輸送能動輸送 : 濃度勾配に逆らう輸送 ( 外部エネルギーを利用 :ATP 加水分解 膜電位 ) 膜輸送タンパク質の分類チャネル : 受動輸送する 自由拡散速度に匹敵する高速で通過させる キャリア : 能動輸送する 膜の片側で溶質と結合し 立体構造を変化させて 反対側で解離 通過速度は遅い チャネルタンパク質 キャリアタンパク質 5

6 イオンチャネルと膜電位 イオンチャネルは 各イオンを選択的に透過さ せ 細胞内外のイオン濃度を適切に調節 イオンの電気化学勾配によって膜電位ができる 細胞は-200~-20 mvの静止電位を維持 ( 細胞の内側がマイナス ) ネルンストの式で算出される : z: イオン価数 F: ファラデー定数 [X] 0, [X] 1 : 細胞外 内濃度 イオンチャネルの開閉のメカニズム電位依存性 : 膜電位の変化リガンド依存性 : Ca 2+ 神経伝達物質など機械刺激受容性 : 接触 浸透圧など 6

7 K + チャネル K + を細胞質から細胞外へ送り出す ホモ4 量体であり 2TM/1P 型と6TM/1P 型がある 選択フィルターの構造は進化の過程で保存 Thr-X-Gly-Tyr-Glyのカルボニル基が並び K + に配位 このとき K+ は脱水和 K + がNa + より1 万倍透過する ( イオン半径はNa + < K + だが 選択フィルターの直径 3A がK + にフィットするから ) K + の透過速度は 10 8 個 / 秒 ( 拡散律速に近い ) K + 間の静電反発で順次外に押し出される 7

8 K + チャネル 膜電位がしきい値(-50 mv) に達すると開閉 2TM/1P 型では α ーへリックスM2が Gly 部で屈曲して 開閉 6TM/1P 型では 正電荷を持つα ーへリックスS4が 膜電位を知覚する 知覚のメカニズムは不明 いくつかのモデルが提唱されている 図はS4が膜電位を知覚すると 上にスライドして チャネルが開くモデル 8

9 Na + チャネル Na + を細胞外から細胞質へ送り込む (Na+/K+-ATPaseによって 細胞質側でのNa+ の低濃度が維持 ) 1つのサブユニットからなり 構造は6TM/1P 型のK+ チャネルと類似 選択フィルターの構造はK + チャネルと類似 Na + の透過速度は 10 8 個 / 秒 ( 拡散律速に近い ) 不活性サイトのIle-Phe-Met (IFM) が 孔を閉じる 参考 )6TM/1P 型の K+ チャネル 9

10 Cl - チャネル Cl-を細胞外から細胞質へ送り込む Cl-に対する選択性は高くないが 生体に多いCl-が主に通過 ホモ2 量体 それぞれのサブユニットに孔をもつ A~Iと J~Rは構造的に類似 4つのα ーヘリックスD, F, N, Rが選択フィルターを形成 D, F, Nが正に荷電したN 末端を孔の中央に向け また 特定のアミノ酸がCl-と水素結合を作ることで アニオンに対して選択性がある 148 番目のGluにより開閉している 10

11 アクアポリン ( 水チャネル ) 浸透圧に従って水を通過させる ホモ4 量体 それぞれのサブユニットに孔をもつ 水の透過速度は 3 x 10 9 個 / 秒 Asn-Pro-Ala (NPA) が選択フィルターの一部となる プロトン(H 3 O + ) が通過しないよう工夫あり サイズ制限 (2.8 A ) 静電反発 ( アルギニンの正電荷による ) NPAの2つのAspが1つの水分子と水素結合 尿から血液への水の再吸収(180 Lの腎臓ろ液を わずか 1.5 Lの尿に濃縮する ) などを行う 11

12 活動電位 膜電位の急速で一過的な変化のこと 電気シグナルに変換される 神経細胞 筋肉細胞などで起こる 脳波 心電図 筋電図として計測される 3つのイオンチャネル(Na+, K+, Ca 2+ ) と Na+/K+-ATPaseが関与 膜内外の局所的なイオン濃度変化によるもので 細胞全体のイオン濃度はほとんど変わらない 12

13 筋肉の収縮 1 膜の脱分極により Ca 2+ チャネルが開 く 2 Ca 2+ が刺激となり 小胞体上のCa 2+ チャネル (RyR) から小胞体内のCa 2+ を細胞質に放出し 数 μmまで上げる ( 小胞体内は数 mm 細胞質は10-7 M) 3 Ca 2+ により トロポニン C が活性化し 筋繊維を収縮させる 4 Ca 2+ -ATPaseポンプにより 小胞体にCa 2+ を送り込む ( 小胞体から出てきた Ca 2+ のほぼすべてを送り込む ) Na+/Ca 2+ 交換体により Ca 2+ を汲み出して 細胞外のCa 2+ 濃度を元に戻す 13

14 グルコース輸送体 グルコースを濃度勾配に従って 両方向に輸送する グルコースが結合すると コンフォメーション変化して 反対側が開き グルコースがタンパク質から解離する 食後 筋肉細胞や脂肪細胞で発現量が増え 血液から細胞内にグルコースを取り込む 脳では アストロサイトへグルコースを輸送 細胞質側から見た図 14

15 Na+/K+-ATPase 一分子のATPを加水分解することで 3 分子のNa + を細胞外に 2 分子のK + を細胞内に輸送する Nドメイン(ATP 結合部位 ) Pドメイン ( リン酸化部位 ) あり 反応の回数は100 回 / 秒 ( チャネルよりずっと遅い ) 輸送のメカニズム 1E1に細胞内のATPとNa+ が結合 2ATPのγ 位のリン酸が 活性中心のアスパラギン酸に転移 ( リン酸化 ) し E1からE2へコンフォメーション変化 3E2ではNa+ に対する結合が弱まるので 細胞外に放出する 4 細胞外のK+ が結合 5 脱リン酸化 6ATPが結合すると E1へコンフォメーションが変化し K+ を細胞内に放出 15

16 F 1 F 0 -ATPase ミトコンドリアの内膜に存在し H+ の濃度勾配を使って ATPを合成もしくは加水分解 F 0 (H+ の膜輸送部 ) F 1 (ATP 合成部 ) からなる 100 分子 / 秒の速度で合成 プロトンの移動で生じる回転運動エネルギーをほぼ100% の効率で化学エネルギーに変換 1H+ が F 0 のaおよびcサブユニットの間を通過すると 回転子 (10~14 個のcからなる ) が回転する ゆえに 1 回転でH+10~14 個を輸送 2cサブユニットとF 1 のγサブユニットが同時に回転 3 F 1 の回転エネルギーを使って ADPとリン酸からATPが合成される (F 1 にATP 合成部は4 個あるので 3~4 個のH + の移動で 1 個の ATP が合成される ) 16

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