細胞の分子生物学 第5章前半「DNAの複製」

担当:三好
参加者:9名

概要
　

1. 短期間の生存を考えると、細胞はDNA内に変化が起こることを避けたほうが良いが、種の長期的な生存にはDNAシーケンスは可変であることが望ましい。細胞はDNAを守ろうとしますがまれにDNAシーケンスの変化は起こります。このような変異が起こる確率は観測できるだろうか。虫やバクテリアなどによる実験室内での観測をによると、10^9ヌクレオチド中１つの割合で変異が起こるらしく、このことから変異はとてもまれなものだと分かる。
2. さて、このDNA複製メカニズムは,一秒間に1000個のヌクレオチドの速さで複製が行われているのにも関わらず、どのようにしてこのような高い正確性を持たせることができるのだろうか。これには、娘のDNA鎖を親（template)から作り出すとき、2段階の誤り訂正が行われているからである。まず第一段階として、合成中の鎖に、ヌクレオチドが付加される直前にDNAポリメラーゼが行う。ポリメラーゼというのは、その単量体（monomer)を結合させて重合体（polymer)を合成する酵素である。ポリメラーゼよって、ヌクレオチドの付加を触媒する前に、正しい塩基対の立体構造のとき活性部位を閉じる反応がより起こりやすいことを利用して、塩基対の配置が正しいのか確認するように働く。二段階目の誤り訂正は、エキソヌクレアーゼ活性によるものである。これは、簡単に言えば塩基対形成しないような塩基をこの活性によって切りとるような反応である。このエキソヌクレアーゼ活性は、DNA複製が5’から3’方向にしか起こらないことを説明する裏づけにもなっている。将棋や囲碁で言うところの、「待った」のような機能であると私は思った。このような修正機構をもったDNA複製機構は、RNA合成やnRNA合成の翻訳過程の誤り率の10万分の一であり、驚くべき制度といえる。
3. DNA合成は最初短いRNA分子を使って、Y字フォークのリーディング鎖でまず一時的にプライマーRNA分子を使って始まり、そのプライマーRNA分子はDNAに置き換えらる。線上DNAのいちばん端では、プライマーRNAを作る余地がない。細菌はこの問題を染色体を環状DNAにして解決している。一方で、真核生物は、染色体の末端に特定の塩基配列をおいて、テロメアを構成するやりかたで解決。ヒトの体細胞ではこのテロメア反復配列が各細胞に備わる計数装置となって， 成体組織で“不良" 細胞が際限なく増殖するのを防ぐ役をしているという考えがある。

議論:

不老は実現可能か

"老い"とテロメア

・真核生物は染色体の末端にテロメアを置く　

テロメアはろうそくのように寿命を定める

テロメアは真核生物にとって不良細胞が増殖するのを防ぐ役割（例:がん）

・菌類は染色体を環状DNAにして解決

菌類はある意味"老い"ない

何億年も生きてきた大腸菌の固体が存在する可能性

一方で、われわれの生殖細胞は何億年も変わらない（生殖細胞は不老？）

"老い"のメリット

・リソースの問題

人口が増えすぎると食料が枯渇する

・環境適応の問題

新環境に適応するための変化を、一世代のみで行うよりは新たな固体を産み出す過程において生じる変化を利用して、つまり多世代で行うほうが効率よい

まとめ

コピーを繰り返す細菌のなかには、ある意味"不老"の固体がいるだろう

一方で、真核生物にとって、"老い”は種全体として新たな適応に対応するための重要なメカニズムであり、必要不可欠である

細胞の分子生物学 第4章「DNA, 染色体,ゲノム」

担当：顔
参加者：9名

概要
　DNAの構成単位であるヌクレオチドは糖、リン酸また塩基また塩基の水素結合を通して２本のヌクレオチド鎖の螺旋というDNA分子を構成する。真核生物のDNAは染色体のセットに分納されて、タンパク質の複合体と結合して染色体に構成します。異なる真核生物の種はここの染色体へのゲノムの割り当て方も異なる。
　またにヘテロクロマチンとユークロマチンを紹介しました。ヘテロクロマチンは普通、セントロメアの周りやテロメア近くに見つかるが、染色体の他の多くの部位にも存在する。遺伝子はヘテロクロマチンに詰め込まれると休止状態になります。
　ランプブラシ染色体と多系染色体の研究から、各クロマチンループは30nmクロマチン繊維が折りたたまれできていると考えられる。
　DNAの複製や修復過程の精度は極めて高くて、ゲノムの塩基配列を維持する過程でランダムに起こる誤りはごく稀で、どの系統でも100万年ごとに1000塩基あたり約1塩基のみ変化する程度です。人とチンバンジーの遺伝子は基本的に同じなだけではなく、各染色体上の遺伝子の順序もほぼ同じである。


議論点
純化選択によって保存される重要な機能にどんなものがありますか。


純化選択は何か

・保存メカリズム
・大事な配列に変異しない
・大事な配列に変異したら死ぬ


重要な機能にどんなものがあるか

・タンパク質翻訳領域
・RNA転写領域
・コドン表


まとめ
純化選択は保存メカリズムで、ある大事な配列に変異しないまたは変異したら死ぬということである。それを通して保存される機能はタンパク質翻訳領域、RNA転写領域などがある

細胞の分子生物学 第3章「タンパク質」

担当：新田
参加者：7名

概要
　タンパク分子の立体的なコンホメーションはアミノ酸配列によって決まる。大きなタンパク質はいくつかのドメインという規格単位が繋がったものであり、ドメインそのものが変化したり他のドメインと結合したりすることで進化してきた。
　あらゆるタンパク質は、リガンドが結合することによるコンホメーションの変化や、アミノ酸側鎖への小さな分子の共有結合的付加によって調節が行われており、この調節機構によって様々な働きをする。


議論点
酵素ドリンク（補酵素飲料）の効果

例：飲むヨーグルト（乳酸菌）
　　ベルタ酵素ドリンク（165種類の酵素数、新酵素成分「エンザミン」）

効果
・そもそも酵素そのものは入っていないのではないか
　→市販品は衛生上加熱処理されているため、酵素の多くは失活する

・吸収はされないが酵素は入っている
　→消化を助ける等

・酵素を活性化させる
　→アミノ酸・ビタミン・ミネラル
　→補酵素（多くはビタミンとして知られる）

酵素と補酵素の違い
　酵素：反応しても無くならない、タンパク質
　補酵素：反応すると無くなる（一度使用されても再度使える）、タンパク質以外

まとめ
一般に酵素ドリンクと呼ばれるものには、実際には酵素そのものではなく、酵素反応に必要な補酵素が入っているのではないかと考えられる。

細胞の分子生物学 第２章 「細胞の化学と生合成」

担当：相澤
参加者：８名

[概要]
　生物は様々な化学反応で作られている系であり、反応の大部分は炭素化合物の反応である。この反応は小有機分子を使って構築されたりしている。また細胞における反応は高温域における反応が行われるために酵素と言われるタンパク質が制御のための触媒として使れて反応が進む。酵素は生体が食物からエネルギーを得るためにおいての解糖での段階的酸化でも働き、化学エネルギーがATPやNADHとして得られる。また解糖を始めとした、クエン酸回路、酸化的リン酸回路の三つの反応群が順番に反応が進み、それぞれの生成物が次の反応群の始まりとなる。それぞれがバランスを取らなければ代謝は崩れてしまうが、崩れると元に戻そうと働くため細胞の代謝のバランスは安定である。

[議論点]
ダイエットにおいて脂質の方が糖質よりも得るエネルギーが良いのか

様々な良さの定義から考えた結果

・効率の良さ
　　エネルギーの貯蔵という点では脂質の方が１gで貯められるエネルギーが糖質の6倍ある。つまり重さあたりのエネルギー密度は脂質の方が大きい。したがって脂肪として蓄えてしまうため糖質の方が良い。

・汎用性の良さ
　　糖質は血液によって運搬されるため、体のいろいろな場所のエネルギーとして利用できる。したがってエネルギーを消費しやすくなるため糖質の方が良い。

・即効性の良さ
　　腹持ちが良いのは脂質である。しかしお腹が空けばその度に少しずつ食べれば良い。胃の中で消化しやすいのは糖質をこまめに食べれば良い。したがって糖質の方が良い。

・制御性の良さ
　　脂質は酵素を４種類使う。また、解糖するには１０種類必要である。したがって、分解するとき段階の少ない脂質の方が良い。しかしダイエットに関しては影響がないと考えられるため比較できない。

[まとめ]
　ダイエットに関しては糖質の方が良い。しかしダイエット以外の良さでは引き分ける。