細胞の分子生物学 5章(前半) DNAの複製、修復、組換え

担当: 高橋和

参加者: ６名

[議論点]

健常な細胞にのみに働くテロメラーゼがあれば、不老を実現できるのか

1. 老化とはどのような状態なのか

・細胞増殖の制御をしている: 加齢の原因と考えられている

・テロメアの長さが短いこと，役に立たない細胞が増える: 腫瘍，変異の可能性

2. テロメアの長さが維持できた場合どうなるのか

・過剰に生成される危険性

→増えたものがマジョリティになり，危険

すべての細胞にテロメラーゼが働く場合

・悪性の細胞が排除されずに増殖する

健常な細胞にのみテロメラーゼが働く場合

・健康維持がしやすい，身体的な加齢を抑えられる

・健常な細胞が大半をしめることでうまく機能させられるのか

        →限界がある(健常なものを阻害する恐れ)

3. 細胞増殖の制御

・老化防止のメカニズムだが，うまくいかないと老化を促進してしまう

4. 複製による問題

・分裂によってがんになる可能性

        →がんは自身で増殖するため避けられない

5. 再生できない細胞

・脳の神経細胞など，再生できない細胞については老化を避けられない

結論：

健常な細胞にのみ働くテロメラーゼがあっても，老化を制御することは困難．

他に老化を制御できる機構がないと不老の実現は難しい．

細胞の分子生物学 4章 DNA，染色体，ゲノム

担当：高沢

参加者：6名

[議論点]

快適な生活環境はヒトの進化を抑制するか促進するか

1. 進化の定義

進化は変化と捉えることができる。

・適応的な変化

　ex)居住地によるメラニン色素の量の変化

・適応的でない変化

　ex)血液型の偏り

適応的な変化を進化として議論した。

2. 適応的な変化を抑制する

・技術の発展により生活環境の自由度が向上

→自ら調整するような機能が発展しない

・適応度によらず子孫を残しやすい

・グローバル化によって、必要な機能が曖昧になる

3. 適応的な変化を促進する

・技術で補える必要のない機能が消える

→機能、エネルギーの効率化

　単純になり繁殖の効率が上がる

・寿命が延びることに伴い、機能が長持ちするように変化するかも

　・寿命を延ばすことが種の繁栄にメリットになるとは限らない

　（食糧の不足など）　

　・高齢な個体が存在することによって知識が継承される

4. バリエーションの増加

現在の生活環境によってバリエーションは増加すると考えられる。

・医療等の発展によって不利な遺伝子が維持される

・グローバル化による離れた地域のグループどうしの交配

5. 快適な生活環境について

現在は地域や経済レベルによって快適度が大きく異なる

→多様性につながる可能性がある

結論：

快適な生活環境は、抑制と促進をどちらも生じさせる可能性があり、地域や状況によって抑制と促進のバランスは異なると考えられる。

細胞の分子生物学 3章 タンパク質

担当：大林
参加者：6名

[議論点]
なぜ酵素の多くは汎用性を持たなかったのか？
（汎用性が高ければ遺伝子数を少なくできる）

1. 制御の考え方
・酵素の特異性が高い：酵素が反応の詳細を決める
・酵素の特異性が低い：場所が反応の詳細を決める

2. 汎用性が高い酵素の長所
・酵素の種類が減り、シンプルなシステムになる
・機能を相補しやすい
・汎用性が高い方が良い状況
　・遺伝子の種類を減らす進化圧
　・遺伝子の種類が多いと遺伝（ゲノムのコピー）のコストが高い
　・バクテリアで顕著だが、哺乳類以外全般に卵は数で勝負。（哺乳類は少数精鋭方式）

3. 汎用性が高い酵素の短所
・複数の対象にドッキングする必要がある
　・対象が増えると、タンパク質設計難易度が上がる。
　・タンパク質のサイズを大きくするのが一案だが、サイズにも制限がある。
・反応の調整
　・触媒する複数の反応のうち個別に調節できない。
　→量の調節ではなく、修飾で各々の機能を調整する
　　→オプションのつけ過ぎは、構造的には不安定になりそう
　　→特異性の高い酵素ならば、量と修飾の2重の制御が可能

4. 生存戦略
・特異性が高い → 機能の高度化 →競争に有利

・特異性が低い → 遺伝子数が少ない → 世代時間が短い →競争に有利（Bacteriaなど）

・特異性が低い → 想定外に対応できる？ → 天変地異で絶滅しないかも（植物など）

結論：
機能の高度化に特異性を上げる必要があるが、汎用性が有用な側面もあるだろう。

細胞の分子生物学 2章 細胞の化学と生合成

担当：大林
参加者：6名

[議論点]
脂肪の方が貯蔵効率が良いならなぜ全ての糖を脂肪として貯蔵しないのか？

1. 貯蔵効率と貯蔵量（p79)
・（エネルギー）グリコゲン2g = 脂肪1g
・（水を含めた重量）グリコゲン6g = 脂肪1g
・（貯蔵量）・グリコゲン：1日分、脂肪：1ヶ月分

2. 貯蔵場所
・グリコゲン：肝臓・筋肉など（供給先の近く）
・脂肪：脂肪細胞

3. 運搬
・グリコゲンは水を結合している（p79）

・水に溶けやすいので、運搬しやすい

・グルコースしか使えない組織（神経組織）もある。（p87）

4. 分解
・どちらもアセチルCoAに分解される（p81）
・相互変換（p81）
　・糖→脂肪酸（Easy）
　・脂肪酸→糖（Difficult）
・分解効率の違いか合成効率の違いか
　・分解効率が異なる場合
　　・糖分解：Easy
　　・脂肪分解：Difficult →脂肪を落とすダイエットは大変なので、脂肪は分解しにくいと予想

5. エネルギー貯蔵以外の特徴
・グリコゲンの特徴
・脂肪の特徴
　・断熱材（水の動きを制限する）
　・安定的に保存できる（消化が大変であることの利点）

結論：
糖の方がエネルギーとして使いやすいので、全て脂肪にはできない。

細胞の分子生物学 1章 細胞とゲノム

担当：大林
参加者：6名

[議論点]
なぜDNAとRNAで1種類だけ塩基が異なるのか

1. DNAとRNAの塩基が異なる理由を考える
・TとUの合成のしやすさに違いがあるのではないか。
　・合成しやすい化合物は壊しやすい。→大量合成、大量分解が必要なRNA向き。
　・DNAは壊れにくい方が良い
・情報の流れ：DNA → RNA → タンパク質
　・タンパク質合成にUの存在が有利な可能性

2. DNAとRNAで1文字だけ異なるのは何故か?
・一文字異なれば、分子として区別するのに十分。
　・DNAとRNAの区別の必要性
　　・原本(DNA)を保護
　　・役割の違い

・無闇に違いを増やしたくない。

・共通部分が多い方が合成経路が簡潔で良い

3. なぜACGではなく、Tが異なるか？
・部分構造
　・Tには水素結合に直接関与しない、CH3がある。
　・CH3の有無で構造の自由度が変わる。
・全体構造
　・水素結合の数(3 or 2)：少ない方が自由度が高い。AかTが良い。
　・環の数(2 or 1)：少ない方が合成がシンプルで、アレンジしやすい。CかTが良い。

細胞の分子生物学 11章 小分子の膜輸送と, 膜の電気的性質

担当：菅野
参加者：6名

[概要]
　生体膜の脂質二重層は極性分子の通過の障壁となるため、内外で濃度差や電位差を作り出すことができる。その調節には輸送体とチャネルが使われている。輸送体は能動的・受動的に小分子を輸送する物がそれぞれ存在する。輸送体の能動輸送ではエネルギーが必要であり、ATPなどを用いて輸送する。一方チャネルは受動的にしか輸送しないが輸送体よりもはるかに効率が良い。チャネルの大半はイオンチャネルで高い選択性がある。

[議論点]
輸送タンパク質からその細胞での機能を推定することはできるか。また、膜タンパクの解析にはどのような難しさがあるか。

小器官に関して機能推定可能かを議論する。

1. 機能の推定は可能か
・輸送タンパクの種類と個数が分かれば、少なくとも入力と出力に関しては推定できる。( f(x) = y )
→ただし、種類が同じでも機能が違う場合推定を誤る。

・内部を見ているわけでないため、内部機構や内部で固有の分子があったとしてもその部分は推定できない。

・1つの小器官に注目しても他との相互作用も含めて考えないと機能が推定できない可能性がある。

この議論の難しいポイント：何がわかったら「機能」と言えるか

2. 膜タンパク質の解析の難しさの影響
・1つに機能を特定できない可能性
・入れ子であるような場合、推定が難しい( f(x) = y → g(y) = z → h(z) = x → f(x) = y → ...)
・細かいレベルで機能を理解しようとするには難しい

[まとめ]
　小器官などの膜で閉じたものの内部構造を知ることはできないが、外部の輸送タンパク質が分かれば大まかに機能を理解することは可能と考えられる。しかし他との相互作用も含めて考えないとわからない可能性がある。また膜タンパク質の解析が難しいことで機能推定は容易ではない。

細胞の分子生物学 10章 膜の構造

担当：近藤

参加者：6名

[概要]

   生物における反応は化学反応が主である。この化学反応は溶液中で起こるが、溶液と器官を隔てるものが細胞膜である。細胞膜は主にリン脂質分子が親水部分を外側に向け結合した脂質二重層と、物質の出入りや細胞の形を維持するために用いられる膜タンパクから構成される。

[議論点]

膜があるかないかで生物か非生物かを分けることは妥当と言えるのか。

議論のポイントとしては、

1. 現在の生物と定義されているものとされていないものについてどのような違いがあるか
2. そのほかに生物であることを定義するために用いられている指標はあるか

といったことが挙げられた。

1. 生物と非生物について

まずは、生物と非生物について、あげた。

非生物としてはウイルスやプラスミド、ロボットが挙げられた。

膜という定義だけでは、ロボットが膜をまとったら生物になり得るという意見もあった。


2. 生物の定義生物の定義は簡単に決めることができるものではないが、遺伝子数や自己修復・代謝経路を持つか・自己複製 といった視点が挙げられた。

このほかにも、チューリングテストでの問題や同一機能を持つロボットは生物かといった、”機能”に着目し生物と定義することへの懸念事項が挙げられた。

この中で、自己複製 self-reproduction については深掘りをした。

その結果、生物とは、同じ種で self-reproduction が可能であるものと言えるのではないかとの意見がでた。(一方で、キメラやハイブリッドなど判例があるので、この定義も難しいものではある。)

また、”機能”という側面で見ると、膜は中のものが勝手にそとに出ないようにするものであると言える。

この観点から、膜を持つということは特徴についての定義ではなく、機能についての定義とも言えるだろう。

[まとめ]

まず、膜があるかないかだけで生物か非生物かを分けることは妥当でない。

一方で、非生物と生物の間に中のものが勝手に出ていかないという機能的な差があることは明らかである。

そして、膜以外の機能的な差としては、自己複製と自己修復が挙げられ、特に自己複製については大きな差が見られるのではないかという考察をした。