細胞の分子生物学 第5章(前半) DNAの複製

担当：辻本
参加者：6名

[概要]
　DNAの複製により、生物は遺伝情報を伝え、その高度な秩序を保っている。この複製には、半保存的複製とその誤りを減らす校正機構があり、それによって生命にとって有害な変異を最小限にとどめている。


[議論点]
時代や環境によって変異率[占有率]は変化するのか？

変異率の定義
個体はその複製機構が議論の主題になり、集団は環境の変化が変異に影響をもたらすのではないかと考え、変異率を集団の占有率とすることにした。

進化とスピードの関係
・現在の人間は進化がゆるまりそう
・地球温暖化など人間による環境の変化が他の生物にも影響をもたらしている
・農薬により耐性のある菌のみが生き残る

変異を固定することのメリット・デメリット
メリットとして、
・種分化(競争的でなくなり、現在の環境に対して利点の多い状態のものが中心的に生息)
・最小限化(ずっと暑いなら厚手の服はいらないなどの必要なものを減らすことができる)
デメリットとして、
・環境の変化への不適応(環境が変化したら生存が困難になる)
が挙げられた。

変異率と環境の関係
・ブラックバスが日本の川に放された時、幾つかの生物は絶滅する
・人間は環境の変化を道具によって対処し、その意味では変異を固定している


[まとめ]
　環境が変化すると、強い集団が残ったりある適応性を持った種が生き延びるため、環境によって変異率は変化すると言える。

細胞の分子生物学 4章 DNA, 染色体, ゲノム

担当：川上
参加者：6名

[概要]
　遺伝情報はDNAの塩基配列として記録され、DNAはタンパク質と結合し凝集して染色体に格納される。染色体の部分構造により遺伝子の発現が制御され、この構造はエピジェネティックに継承される。ゲノムは突然変異などで多様化し、種間のゲノム比較により進化の過程や配列と機能の関連が推定される。

[議論点]
多様な性の決定方法がある中で、なぜヒトはX, Y染色体の組み合わせにより性が決定されるのか

　XXYは男性なのか、女性なのか(なぜ性の決定のためにX, Y染色体が用いられるのか)という疑問から発展し、上記のテーマに論点を絞って議論した。

性の決定方法には以下のように様々な形態がある
①成長の途中で一部の個体の性が変わる(一部の魚)
②染色体の組み合わせによって決まる(哺乳類)
③卵の周囲の温度で決まる(爬虫類など)

　これらの決定方法により異なるのは性の比であると考えた。そこで①、②の方法により生ずる性比の偏りと、偏りにより生ずる影響を挙げた。

①の場合
　メスが集団の大部分を占め、集団の一部であるオスが死ぬとメスの一部がオスに性転換する(コブダイ)例がある。この場合、

・メスが多いため、集団として産むことができる子の数は多い
・オス同士の競争による繁殖可能な個体の減少がない
・遺伝的多様性はメスの遺伝的多様性にほぼ依存
・集団として戦力が不足する？

　つまり、集団が多数の子をつくる上では合理的だが、遺伝的多様性には欠けるという影響が考えられる。
　また、魚は卵生でありメスが子宮を持たないという点でメスとオスの構造が類似しており、性転換が比較的容易なのではないかとも考えた。

②の場合
　X, Y染色体の分配により性が決まるため、性比はほぼ1:1である。この場合、

・オスとメスの組み合わせの数が多いので遺伝的多様性が高まる
・オス同士の競争により、その時々に適応した能力を持つオスが選択される
・繁殖できないオスが存在する
・メスが(①と比較して)少ないため集団として産むことができる子の数は比較的少ない

　つまり、子の遺伝的多様性は高まるが、集団がつくることのできる子の数は少なくなるという影響が考えられる。
　また、哺乳類は胎生でありメスが子宮を持つためメスとオスの構造が大きく異なり、性転換が困難である一方で、逆に構造の差を大きくすることができるのではないかとも考えた。

　このように①と②の間には遺伝的多様性と集団がつくる子の数において対称的なメリット・デメリットがあると考えられる。さらに①や②の方法をとる種には卵生、胎生による違いも存在する。

　これらから考えられる結論は以下の通りである。異なる性の決定方法はそれぞれメリット・デメリットを持ち、どのような戦略が有効かは種により異なる。関連する要因としては、性に特有の構造・役割の違い、卵生・胎生の違い、捕食されやすさの違いなどが考えられる。

細胞の分子生物学 第3章 タンパク質

担当：永井
参加者：6名

[概要]
　タンパク質には安定な折りたたみ構造であるコンホメーションがあり、その構造によって、結合する物質であるリガンドは決まる。そして、リガンドと結合することによってコンホメーションは変化し、特定の機能は発揮される。

[議論点]
ヒトはタンパク質でどれくらい語ることができるのか。(タンパク質1つ1つを調べることで個人の特性はわかるのか。)
↓
タンパク質の機能は何があるか。それらの機能は個体の特性にどう関与しているか

タンパク質の機能
　・酵素としての機能
　・繊維を構成
　・物質を識別（ex.抗体が抗原を識別）
　・物質の輸送（ex.トランスポーター）
　・エネルギーの貯蔵（ex.筋肉はエネルギー源となる）

個体の特性　→  性格、体格、運動能力、感覚特性、見た目、頭の良さ、メンタルなど

運動能力を具体化・限定して、"筋肉の量と質"に変換
"筋肉の量と質"　それぞれに、上で挙げた機能はどう関与するか

筋肉の量
　・酵素としての機能　＝　合成を制御することで量を調整

筋肉の質
　・酵素としての機能　＝　乳酸を分解し、質を高める
　・物質の輸送　＝　乳酸・ATPの輸送し、質を高める


[まとめ]
　個体の数ある特性の中の運動能力について、タンパク質の機能は関与していると言える。

[MBCセミナー2019]細胞の分子生物学 第2章 「細胞の化学と生合成」

担当：菅野
参加者：4名

[概要]
　生体内では様々な分子が働いている。その中でもタンパク質は非常に多くの場面で使われ、例えば触媒として多くの反応を促進する。代謝反応では、解糖などで、取り入れた栄養物を段階的に酸化することでエネルギーをADP→ATPやNAD+→NADHなどにして貯蓄し、それらを使って起こりにくい反応を進めることができる。代謝反応は高度に組織化され、そのバランスは驚くほど安定である。

[議論点]
ATPを増やせば増やすほど良いものなのか

ここではATPが過剰に多い状態において、悪影響があるか議論する

細胞内では
（ATPの量）+（ADPの量）= 一定
であるため、ATPが過剰に多いということはADPが非常に少ないということ
→ADPを使う解糖系が進まない

解糖やその先にあるクエン酸回路などの途中で生成される物質は他の反応経路にも使われたりする
→解糖が進まないとそれらの途中生成物もできないため、それを使う反応経路も進まなくなる

→ATPとADPの比が重要

この状態を元の状態に戻すには？
→AMP・ADPを合成する
→ATPを分解および細胞・生体外へ排出する
→解糖系などの反応経路を逆に辿ってATPを消費し、ポリグルコースを生成する

[まとめ]
　ATPが過剰に多いとADPが少なくなり、解糖系が進まず、それらの途中生成物を使う他の反応系もうまく進まなくなるため、ATPとADPの比が重要である。

担当：大林
参加者：6名

[概要]
　細胞は、全生物に共通する機構であるDNA→RNA→タンパク質という情報の流れに基づいた物質代謝を行い、その恒常性を実現している。この機構の成立の背景には遺伝子重複や細胞内共生などの遺伝子資源を増やす仕組みがある。

[議論点]
真核細胞においてミトコンドリアや葉緑体の一部の遺伝子がなぜ宿主細胞のDNAに移る必要があったのか

（簡単のため、共生前のミトコンドリアをＭＴオリジナルと書くことにする）

共生前後のミトコンドリア遺伝子
　ＭＴオリジナル（5000遺伝子程度、細菌と同程度）
　ミトコンドリア（100遺伝子程度）
　参考：核（10000遺伝子程度）

→ ミトコンドリア遺伝子は
   (1) 核に移った →  核が、ミトコンドリアの数や活性を制御するため
   (2) 消滅した     → 機能重複の回避

共生前後のミトコンドリアの機能
　ＭＴオリジナルの機能：好気的エネルギー生産、動く、食べる、増える
　ミトコンドリアの機能：好気的エネルギー生産

共生の理由
　ホストは共生で高効率なエネルギー生産手段を獲得
　ＭＴオリジナルは防御をホストに委ねることができる

一部の遺伝子がミトコンドリアゲノムに残った理由
　遺伝子資源の区分化（輸送する必要がなくなる）
　半自律的制御（酸素呼吸による障害に迅速に対応するため）

[まとめ]
　ホスト細胞の活動に合わせてミトコンドリアの数や活性を制御するため、主に制御関連の遺伝子が核に移動した。

細胞の分子生物学 12章「細胞内区画とタンパク質の選別」4,5節

担当：荒井

参加者：6名

概要

　ペルオキシソームは全ての真核生物に存在する小器官であり、原始の生物において全ての酸素代謝を引き受けていた器官の痕跡であると考えられている。今現在でも酸化作用を担っており、この器官に異常が起きると精神疾患につながる可能性がある。

　小胞体も真核生物に共通する器官であり、細胞質内に広がって存在している。様々な機能を担う器官であり、その機能は領域ごとに高度に専門化されている。また、ミトコンドリアや葉緑体が翻訳後にタンパク質の輸送を行うのに対して、小胞体は翻訳と輸送を同時進行する。小胞体の重要な生合成機能の一つとして、タンパク質への共有結合による糖質付加があり、それによって折り畳みが不完全なタンパク質の不可逆的な凝集を防いでいる。小胞体に輸送されるタンパク質の多く（80%以上）は不完全な折り畳みやオリゴマー状態でないなど分解しなければならないタンパク質であり、それらが小胞体内にたまると小胞体ストレス応答によって対処する。

議題

小胞体がタンパク質の翻訳と輸送を同時進行するメリットとは？

議論点

ミトコンドリアや葉緑体ではタンパク質の翻訳及び輸送は同時進行せず、翻訳が終わった後に輸送される

小胞体でも翻訳後のタンパク質輸送は行われる（酵母の小胞体膜、細胞の細菌膜）

　メリット

　　・タンパク質を小胞体膜に埋め込むことが可能

　デメリット

　　・補助タンパク質としてhsp70が必要

　　・ATP依存となり、エネルギーを消費（これはデメリットとして大きい）

シグナル仮説

　リボソームを翻訳するとシグナル配列が出現し、転送装置まで導かれる。その後に翻訳と輸送が同時に行われる（細胞質内で翻訳されるリボソームも存在する）。

まとめ

　ATPを消費することなくタンパク質の輸送が可能、補助タンパク質無しでの輸送が可能であるという点が翻訳・輸送の同時進行による大きなメリットであると考えられる。一方で、タンパク質を小胞体膜に埋め込むなど同時進行では不可能な事象も存在するため、翻訳後の輸送を行う場合もあると考えられる。

Nature Podcast Digital energy (B4 三好)

担当 みよし
出席者 7名


概要:
https://www.nature.com/articles/d41586-018-06679-5#MO0

・データセンターで使われる電力消費量は増える見通し
・ここ１０年間では省エネ技術は大幅に進歩したことにより、データセンターによる電力消費量は横ばい
・しかし、省エネ技術の進歩はいずれ終わりがくることが予測されるが、電力需要は際限がない

議論点
 情報産業によるエネルギー消費量が増える事で起こる影響


現状:

・インターネットを使用する人数は人口増加に伴い増えるのは避けられない
・それに伴ってデータ量も指数関数的に増える
・一方で電力使用の効率化、省エネ化は線形的にしか増えない


予測される未来:

・電気料金が上がる
・通信料金が上がる

まとめ:
電力需要の伸びは際限が無く、今後個人レベルで節電、節データ使用を強いられる将来は避けられないだろう