生命科学入門 第9回 PDF

2024/11/27 ⽣命科学⼊⾨ 第９回 中間テスト解説 1  2024/11/27 酸素が⾜りないときはどうする？ Ans. 解糖系だけでなんとかする 酸素なし→解糖系しか使えない グルコース1分⼦から わず...

2024/11/27 ⽣命科学⼊⾨ 第９回 中間テスト解説 1  2024/11/27 酸素が⾜りないときはどうする？ Ans. 解糖系だけでなんとかする 酸素なし→解糖系しか使えない グルコース1分⼦から わずか2分⼦のATP合成 お酒のアルコール発酵 Essential cell biology 2 2024/11/27 3  2024/11/27 評価⽅法 出席 (20%) 復習問題（40%） 定期試験 (40%) 全出席 20 + 復習問題 40 + テスト 80平均 (32) = 92 (S) 全出席 20 + 復習問題 35 + テスト 70平均 (28) = 83 (A) 全出席 20 + 復習問題 32 + テスト 50平均 (20) = 72 (B) 出席 16 + 復習問題 29 + テスト 40平均 (16) = 61 (C) 前回のまとめ 細胞の構造 脂質⼆重層の細胞膜で覆われている 遺伝情報が保存されているDNAを持つ 真核⽣物の細胞 細胞核やミトコンドリアなどの細胞⼩器官を持つ 細胞核は核膜で覆われ、DNAはクロマチン構造により核に詰め込まれる ミトコンドリアはATPの合成⼯場であり、内膜は細かく折り畳まれている 植物細胞は細胞壁に覆われ、葉緑体による光合成を⾏う 原核⽣物の細胞 細胞核を持たず、DNAはむき出しの状態で存在する ミトコンドリアのような細胞⼩器官を持たず、呼吸鎖は細胞膜に存在 原核⽣物はバクテリア（細菌）とアーキアに分けられる 4  2024/11/27 復習問題 名前 学籍番号 1. DNAがどのような構造で細胞核に詰め込まれているか説明しなさい ヒストンタンパク質にDNAが巻き付いたヌクレオソームの集合体である クロマチンと呼ばれる構造で細胞核に詰め込まれている。 細胞分裂時にはさらに染⾊体構造を取ることでよりコンパクトになる。 2. 真核⽣物の細胞と原核⽣物の細胞の共通点と相違点をそれぞれ ２つ以上挙げなさい 共通点・・・細胞膜で覆われている 遺伝情報が保存されたDNAを持つ 相違点・・・核膜の有無 細胞⼩器官の有無 呼吸鎖の存在部位 3. バクテリアとアーキアの違いについて調べたことを書きなさい 細胞膜の成分が異なる アーキアはRNAの合成酵素が真核⽣物のものと似ている リボソームの⼤きさは似ているが、構成するタンパク質はアーキアは 真核⽣物と似ている DNAは細胞核にコンパクトに詰め込まれている ヒストン ヌクレオソーム クロマチン 細胞分裂時には染⾊体形成 DNAがヒストン（タンパク質）に巻き付いたものがヌクレオソーム ヌクレオソームが連なったものがクロマチン クロマチンがコンパクトに折りたたまれて染⾊体を形成 5  2024/11/27 原核⽣物と真核⽣物の違い 原核⽣物 真核⽣物 DNAがむき出し 細胞核を持つ 呼吸鎖は細胞膜 細胞⼩器官 呼吸鎖はミトコンドリア内膜 バクテリアとアーキアの違い 膜の成分が違う 透過性の違い バクテリア → リン脂質 アーキア → エーテル脂質 アーキアのRNA polymeraseは真核に近い アーキア 真核⽣物 バクテリア Pol II ただし、転写調節はバクテリアに近い 6  2024/11/27 DNAの構造と複製 DNAを構成するヌクレオチド リン酸 塩基 DNA RNA ヌクレオチド H デオキシリボース リボース 糖 アデニン(A) チミン(T) グアニン(G) シトシン(C) RNAの場合、チミンに相当するのはウラシル(U) 7  2024/11/27 ヌクレオチドはどのように繋がるか DNAの構成単位（ヌクレオチド） DNA鎖（⼀本鎖） 5ʼ リン酸 塩基 H 糖 ホスホジエステル結合 H 3ʼ DNAの⼆本鎖は塩基対によって形成される 塩基同⼠が⽔素結合を形成することでDNAが2本鎖になる それぞれの鎖の向きは 逆⽅向 ⽔素結合による塩基対形成 実際は⼆重らせん構造を取る Essential Cell Biology A-T G-C の組合せで塩基対が形成される 8  2024/11/27 なぜ核酸とか塩基と呼ぶのか？ DNA・・・デオキシリボ核酸 pKa ~ 1 pH > 1 なら右側 + DNA溶液は酸性に傾く A T G C ・・・塩基（窒素塩基） リン酸 塩基 H 糖 窒素がH+を受け取る pH > 4.6 なら右側 → 塩基として働く DNAは酸と塩基両⽅の性質を持つが⽣体内のpHでは酸として働く DNAの複製 DNA ⽣き物の定義の⼀つ「⾃⼰複製」 DNA DNA バクテリアの増殖（⾃⼰複製） もちろんDNAも複製される どうやって同じDNAを作り出すのか？ → 半保存的複製 親 DNA鎖（鋳型・古い） 娘 DNA鎖（新しい） 娘 DNA鎖（新しい） 親 DNA鎖（鋳型・古い） A-T G-C で塩基対を作るルールを守って複製 9  2024/11/27 DNA複製の⽅向 DNAは5ʼ → 3ʼ の⽅向に複製されていく（鋳型はもちろん逆向き） ① 正しい塩基対形成（A-T or G-C） 5ʼ ② NTP (A,T,G,C)のリン酸結合加⽔分解（エネルギー供給） ③ 3ʼ OH と5ʼ リン酸基がホスホジエステル結合を形成 3ʼ H 3ʼ DNAポリメラーゼがこの反応を触媒する DNA複製をDNA全体で考えてみる 複製フォーク DNA複製により複製フォーク構造が⽣じる DNAは5ʼ→3ʼの⽅向に複製される 複製フォークの⽚⽅は連続的に複製できる →リーディング鎖と呼ぶ もう⽚⽅のDNA複製は断続的に進む →ラギング鎖と呼ぶ 複製中のDNA 10  2024/11/27 DNA複製の校正 DNAの複製は正確・・・1/105しか間違えない →複製後の修復も考慮すると1/30億ぐらい DNA複製の⽅向が5ʼ→3ʼである利点 5ʼ→3ʼじゃないと校正できない なぜDNAは正確に複製される必要があるのか？ Ans. 遺伝情報がDNAの配列として（遺伝⼦に）保存されているから 遺伝⼦・・・タンパク質の設計図 遺伝⼦ DNA DNAやRNAの並びを 配列と呼ぶ 転写 mRNA 翻訳 DNA(RNA)3⽂字で １つのアミノ酸を ペプチド 指定する（コドン） （アミノ酸） タンパク質 11  2024/11/27 なぜDNAは正確に複製される必要があるのか？ もし、遺伝⼦のDNA配列を間違って複製してしまったら・・・ 例）ヒトのβグロビン（ヘモグロビン）遺伝⼦の配列が1⽂字変わったら DNA → GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG AAG… アミノ酸 → Val His Leu Thr Pro Glu Glu Lys… DNA → GTG CAC CTG ACT CCT GAG GTG AAG… アミノ酸 → Val His Leu Thr Pro Glu Val Lys… DNA１⽂字の誤りで6番⽬のアミノ酸がグルタミン酸からバリンに変わると 鎌状⾚⾎球貧⾎症を引き起こす → ヘモグロビンの酸素運搬機能の低下による貧⾎などの症状 遺伝情報がRNAではなくDNAに保存されているのはなぜ？ Ans. RNAよりDNAの⽅が安定だから H+が取れると OH O- O-がPに攻撃 H 切断 RNA→不安定 DNA→安定 それならRNAは要らない？ → ⽣き物はRNAの不安定な性質を利⽤している RNA DNA 転写 翻訳 タンパク質 RNAがDNA並みに安定だと細胞内がRNAだらけになる 12  2024/11/27 Conclusion DNAの構造 ヌクレオチドが構成単位で、塩基はA, T, G, C の４種類 ヌクレオチドはホスホジエステル結合により連結（重合）する ⽔素結合による塩基対によって⼆本鎖を形成する（⼆重らせん構造） 塩基対はA-T, G-C の組合せで形成される DNAには⽅向性があり、⼆本鎖は逆向きに対合している RNAよりもDNAの⽅が安定である DNAの複製 1本鎖DNAを鋳型としてA-T, G-Cの塩基対が形成されるように複製される →半保存的複製 DNAは5ʼ→3ʼの⽅向に複製され、その反応はDNAポリメラーゼが触媒する ⼆本鎖DNAが開いてDNA合成が⾏われる構造を複製フォークと呼ぶ リーディング鎖は連続的に、ラギング鎖は断続的に複製される DNAポリメラーゼには校正機能が備わっている 13