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コア B-1 個体の構成と機能(5)生体物質の代謝. 分子生体防御学講座. 糖鎖工学講座. 伊東 健. 講義を受けるに当たっての約束事. 予習を少しでもいいから必ずする(教科書である一般 医化学の当該部分を30分以上かけて読む).. 講義中でも積極的に質問すること.ただし,私語は慎む こと.. 3. 机につっぷして眠らないこと.. コーヒーを飲むなりしてして,目をさましてから授業に 臨むこと.. 生化学とはどういう学問か?. 巨視的な現象 ------ 目でみえる自然界で普通に観察できる現象.筋肉の収縮など.. - PowerPoint PPT Presentation
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講義を受けるに当たっての約束事
1. 予習を少しでもいいから必ずする(教科書である一般 医化学の当該部分を30分以上かけて読む).
2. 講義中でも積極的に質問すること.ただし,私語は慎む こと.
3. 机につっぷして眠らないこと.
4. コーヒーを飲むなりしてして,目をさましてから授業に 臨むこと.
生化学とはどういう学問か?
巨視的な現象 ------ 目でみえる自然界で普通に観察できる現象.筋肉の収縮など.
微視的な現象 ------ 特殊な装置を通さずには,観察できない.または,現在の装置では観察できない現象.化学反応など.
基本的にすべての巨視的な現象は化学反応などの微視的な現象によっておきている.すなわち,すべての生物現象は化学反応である.
生化学は,生物現象を化学の言葉で語ることである.本講義の究極的な目的は,生物現象を化学の言葉で語れる術を身につけることである.
生化学を理解せずに,生物学を学んでも,まずい水を使っていれたコーヒーといっしょである.
生化学を理解することは,よき医師になるための第一歩である.
1. タンパク質はアミノ酸 の重合体
2. アミノ酸同士は,アミノ基とカルボキシル基の 間のペプチド結合により結合する.
R1
C COOHNH2
R2
C COOHNH2+
R1
C CNH2
R2
C COOHN
H H
HH H
HO
脱水縮合
20種類のアミノ酸:略号と性質
アスパラギン酸
グルタミン酸
アルギニン
リジン
ヒスチジン
アスパラギン
グルタミン
セリン
トレオニン
チロシン
極性アミノ酸
Asp
Glu
Arg
Lys
His
Asn
Gln
Ser
Thr
Tyr
アラニン
グリシン
バリン
ロイシン
イソロイシン
プロリン
フェニルアラニン
メチオニン
トリプトファン
システイン
非極性アミノ酸
D
E
R
K
H
N
Q
S
T
Y
負電荷を持つ
負電荷を持つ
正電荷を持つ
正電荷を持つ
正電荷を持つ
電荷を持たず極性
電荷を持たず極性
電荷を持たず極性
電荷を持たず極性
電荷を持たず極性
Ala
Gly
Val
Leu
Ile
Pro
Phe
Met
Trp
Cys
A
G
V
L
I
P
F
M
W
C
非極性
非極性
非極性
非極性
非極性
非極性
非極性
非極性
非極性
非極性
原子間結合の電荷分布が不均等の場合,結合は分極する.このような分極した結合を持つ官能基を極性基と呼ぶ.
特に, O-H, N-H, C=O などの結合は分極が大きい.
アイソザイムとは
同一個体中にあり,化学的には異なるタンパク質分子が同じ化学反応を触媒する時,この酵素群をアイソザイムという.
乳酸デヒドロゲナーゼ
おのおのの酵素は,基質に対する反応性,阻害剤に対する感受性が異なり,組織に応じた反応を行っていると思われている.
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LD1 H-H-H-H
LD2
LD3
LD4
LD5
H-H-H-M
H-H-M-M
H-M-M-M
M-M-M-M
心筋,赤血球
心筋,赤血球
肺組織
肝臓,骨格筋
肝臓,骨格筋
さまざまなタンパク質
酵素 構造タンパク 輸送タンパク
モータータンパク 貯蔵タンパク シグナルタンパク
受容体タンパク 遺伝子調節タンパク
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触媒(しょくばい、 catalyst )とは、特定の化学反応を促進する物質で、自身は反応の前後で変化しないものをいう
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E + S
k+1
k-1
ES E + Pk+2
白金ランプ
1823年にデーべライナーは白金のかけらに水素を吹き付けると点火することに気がついた。白金は消耗せず、その存在によって水素と空気中の酸素とを反応させることを明確にした。
後に反応によって消費されても、反応の完了と同時に再生し、変化していないように見えるものも触媒とされた.
E + S E + P
E + S
E + P
触媒は、自発的に起こり得る反応の反応速度を増加させる。本来、自発的に起こり得ない反応は、触媒を用いても進行するわけではない。たとえば、水素と酸素を混合して水が生成する反応は、触媒を用いて効率を上げることができる。これは、水が安定な物質で生成しやすいからである。しかし、水を触媒によって水素と酸素に分解することは、より不安定な物質を作り出すことになるので、触媒反応によって達成できない。つまり、触媒は化学平衡そのものには影響を与えない。このような反応を実現するには、電気や光などのエネルギーを与える必要がある。また反応に必要なエネルギーを与えたとしても有意な速度で反応が進行するとは限らず、その場合にも触媒が必要とされる
活性化エネルギー
ES ヴォート生化学
遷移状態説( Henry Eyring )遷移状態
G 0<
反応すすむ
G 0>
反応すすみにくいまたは、反応がすすむためにエネルギーを必要とする。
速度促進度(触媒反応と非触媒反応の速度の比 )
eG #cat/RT
したがって,反応速度を 10倍にするには G #cat がたった5.71kJ ・mol-1減ればよい.この値は普通の水素結合の半分でしかない.
同様に反応速度を百万倍にするには G #cat が 34kJ ・mol-1 でよい.この値は共有結合のエネルギーの数分の一でしかない.
ヴォート生化学
活性中心とは?
活性中心 = 基質結合部位 + 触媒部位
基質が特異的に結合し,触媒作用を受ける部位.
活性中心は,酵素タンパク質の分子表面に存在することが多く,必要に応じて補酵素や補欠分子族あるいは金属などを含んでいる.
現代の生化学第2版
CH2
C COO-
H
酸性アミノ酸
塩基性アミノ酸
CH2
COO-
H3N+
グルタミン酸
CH2
C COO-
H
COO-
H3N+
アスパラギン酸
CH2
C COO-
H
CH2
H3N+
リシン
CH2
NH3
CH2
C COO-
H
CH2
H3N+
CH2
NH NH2C
N+
H2
アルギニン
CH2
C COO-
H
C
H3N+
CHCH
N
NH
ヒスチジン
Im
Zn2+Im
Im
O-. .
H
+ C
O
O
Im
Zn2+Im
Im
O
H
C
O
O-
Im
Zn2+Im
Im
OH C
O
O-
O-
H
+ +H+
赤色の部分が第4の His ( His64)の塩基触媒作用でイオン化する(ヴオート第3版には詳しい機構が記載しています)。
カルボニックアンヒドラーゼの触媒機構
そこで、 Zn2+ に結合した OH- イオンが酵素に結合して近くにある CO2 を求核攻撃して HCO3
- にする。
H2OZn2+ に結合した生成物 HCO3
- はH2O と交換する。