本間善夫（ ecosci.jp / サイエンスカフェにいがた）日本コンピュータ化学会＠サイエンスアゴラ 2016 （ 2016/11/03-06）

http://www.ecosci.jp/sccj_sa2016/http://www.ecosci.jp/BigHistory/

原子→分子→生体分子が湧き出すビッグ・ヒストリー

◆ 近刊「ビッグヒストリー：われわれはどこから来て、どこへ行くのか」（明石書店）第 1 スレッショルド　ビッグバン：宇宙の起源第 2 スレッショルド　恒星第 3 スレッショルド　より重い化学元素第 4 スレッショルド　恒星第 5 スレッショルド　生命の誕生第 6 スレッショルド　ホモ・サピエンス第 7 スレッショルド　農業第 8 スレッショルド　現代社会／アントロポシーン

https://www.facebook.com/events/1641114792867344/ １

http://www.akashi.co.jp/book/b251054.html

◆ スレッショルド 1 　ビッグバン：宇宙の起源https://en.wikipedia.org/wiki/Chronology_of_the_universe

http://www.astro.ucla.edu/~wright/BBNS.html

http://stw.mext.go.jp/series.html

http://www.hazardlab.jp/know/topics/detail/1/5/15303.html

https://www.bighistoryproject.com/chapters/1#intro

◆ スレッショルド 3 　より重い化学元素

https://www.youtube.com/watch?v=rskUa_qGa8s

核図表（理研）から作成http://www.rarf.riken.go.jp/enjoy/kakuzu/

https://school.bighistoryproject.com/media/khan/articles/U3_Dimitri_Mendeleev_2014_890L.pdf

◆ スレッショルド 3 　より重い化学元素

http://www.akashi.co.jp/book/b251054.htmlhttp://www.akashi.co.jp/files/books/4421/4421_sample_p028-029.pdf

http://www.ecosci.jp/BigHistory/

http://stw.mext.go.jp/series.html

30 + 83 = ?

「ビッグヒストリー」本 p.28周期表

http://www.rcsb.org/pdb/101/static101.do?p=education_discussion/educational_resources/

http://stw.mext.go.jp/series.html

展示の 3D プリンタ模型に含まれている元素

◆ スレッショルド 5 　生命の誕生

http://www.rcsb.org/pdb/101/static101.do?p=education_discussion/educational_resources/

http://www.ecosci.jp/

◆ スレッショルド 5 　生命の誕生

http://www.rcsb.org/pdb/101/static101.do?p=education_discussion/educational_resources/

http://www.ecosci.jp/

◆ スレッショルド 5 　生命の誕生◆ スレッショルド 6 　ホモ・サピエンス　 p.104 に言語関連遺伝子 FOXP2

DNA に結合した言語関連遺伝子 FOXP2 のフォークヘッドドメインの構造 PDB 2A07http://www.ecosci.jp/s/genome_map.html

※ 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

タンパク質の 1 次構造から高次構造までを参照できるサイト例http://themedicalbiochemistrypage.org/protein-structure.html

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)

◆ スレッショルド 5 　生命の誕生　《 DNA 》「ビッグヒストリー」本 p.71 ほかに DNA

◆ スレッショルド 5 　生命の誕生　　生物と無生物「ビッグヒストリー」本 p.64“ 生命とは ?”

「ビッグヒストリー」本 p.76 の『最初の細胞はどこでどのように誕生したのか？』にはブラックスモーカー。

http://www.ecosci.jp/life/

「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

◆ スレッショルド 5 　生命の誕生　《ミュージアム》「ビッグヒストリー」本 p.80 にストロマトライト

ゾウの時間 ネズミの時間

◆ ヘモグロビンはいろいろな生物に

マンモスのヘモグロビン ハツカネズミのヘモグロビンhttp://www.ecosci.jp/pdb/hemoglobin_s.html

◆ ヘモグロビンで見る分子系統学

http://www.ecosci.jp/pdb/hemoglobin_s.html

Genetics/ 生命の連続性 - データベース高度利用者養成http://togodb.sel.is.ocha.ac.jp/pukiwiki/Genetics/%C0%B8%CC%BF%A4%CE%CF%A2%C2%B3%C0%AD.html

◆ 生命を支えるエネルギーと元素

http://www.ecosci.jp/s/bm_m_ps.htmlhttp://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/

生命活動に必要なエネルギーの確保： Mn4CaO5 クラスター“歪んだ椅子”と Fe-S クラスター - 水（親水性）と油（疎水性）で考える

“ 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

◆ スレッショルド 8 　現代社会／アントロポシーン　　“分子”が社会で果たす役割「ビッグヒストリー」本 p.83 ・ 332 にペニシリン

なぜ高校「化学」で官能基を学ぶのか ?

有機概念図簡易計算アプリhttp://www.ecosci.jp/ocd-app/

◆ スレッショルド 8 　現代社会／アントロポシーン　　“分子”が社会で果たす役割　　…“鍵と鍵穴”で見る

「ビッグヒストリー」本 p.83 ・ 332 にペニシリン

抗生物質分子データ集 http://www.ecosci.jp/ab/ab_jmol.html

http://www.ecosci.jp/ab/ab_pdb_j.html有機概念図

http://www.ecosci.jp/ocd/

http://winmostar.com/jp/

◆ スレッショルド 8 　現代社会／アントロポシーン　　“分子”が社会で果たす役割　　…“鍵と鍵穴”で見る

「ビッグヒストリー」本 p.83 ・ 332 にペニシリン

抗生物質分子データ集 http://www.ecosci.jp/ab/ab_jmol.html

http://www.ecosci.jp/ab/ab_pdb_j.html有機概念図

http://www.ecosci.jp/ocd/

http://winmostar.com/jp/

★ 元素合成と並んでゲノム編集により生命の操作も始まりつつある

sgRNA および 2 本鎖 DNA と結合した CRISPR-Cas9 の構造 PDB 5F9Rhttp://www.ecosci.jp/CRISPR/

◆ 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。

「ビッグヒストリー」本 p.83 にロドプシン

◆ 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。

◆ 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。

◆ 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。

◆ 脳の発達を戦略としたヒトの誕生　 　 - 脳の外部化としてのコンピュータと計算科学

2013 年ノーベル化学賞は計算化学分野http://www.ecosci.jp/sccj_sa2013/

※2012 年ノーベル化学賞は GPCRhttp://www.ecosci.jp/GPCR/http://www.ecosci.jp/chem12/nobel_all_j.html

2013 年サイエンスアゴラ出展から

◆ タンパク質の 1 次構造～ 4 次構造

http://www.chart.co.jp/software/tab/ipad/sample.html

http://www.ecosci.jp/pdb/hemoglobin_s.html

RCSB PDBhttp://www.pdb.org/

pdb/