第12章核酸とATP

何が遺伝子か
● ウイルスの構成要素：タンパク質と核酸だけ；
どちらが遺伝子か？
● 遺伝子：ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）；全細胞に含まれる
● 従来の説植物：１つの体細胞 ⇒ １つの個体
哺乳類：子孫を残せるのは生殖細胞だけ
● 1997年：体細胞の核酸からクロ－ン羊が作られる
2001年：ヒトのクローン卵子の細胞分裂
2006年：人工多能性幹細胞；受精卵使わず分化万能細胞
●ＤＮＡの情報：タンパク合成
タンパク質以外のもの（糖や脂肪等）：酵素反応で合成
●酵素はタンパク質
⇒ タンパク質以外の物質の遺伝情報もＤＮＡで
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タンパク質の合成経路
タンパク質は遺伝子
の情報で作られる
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遺伝子をめぐる話題
●ヒトの遺伝子数：約2万個余り（イネ科の植物より少ない）
タンパク質数：約10万種
→ １つの遺伝子が３～４個のタンパク質に対応
●ヒトの遺伝情報： 99.9％は共通
0.1％違いで、髪や目の色など属性が決まる
●ヒトとチンパンジーの遺伝子の違いは1.２％
●チンパンジーになくてヒトにだけにある遺伝子：ない
●チンパンジーありヒトにない遺伝子群：四
● 蝿とヒトの遺伝子も約８割同じ。ウニ（下等生物？）とは70％が共通。
●脳の容積：
初期の原人：類人猿と大差ない
ネアンデルタール人や現代人：その２～３倍
●ＣＭＡＨ（遺伝子）：動物では人間にだけない
これが突然変異で失われた時期に、脳の大型化が始まった。
ネアンデルタール人にもない → 脳成長抑制遺伝子？
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人類の進化と生活域
人類は700万年前に類人猿の祖先から分化
現生人類（ホモ・サピエンス）は20万年前にアフリカ
に出現
核酸の構造
核酸塩基は４種類ある
コドン（３個の核酸塩基の
組合せ）でアミノ酸を指定
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ＤＮＡ（遺伝子）
●タンパク質合成でのアミノ酸の指定：
４種類の核酸塩基の内の３個の組み合わせ
●微生物から高等動物まで同じ ⇒ 全生物が１つの原
始生命体から分化？
●ＤＮＡ：２０世紀最大の発見
●対応する２本の鎖（二重ラセン）：
遺伝情報の伝達、安定性向上
●ＤＮＡの損傷：遺伝や生体機能の障害（癌）
●日光消毒：紫外線による細菌のＤＮＡの損傷
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ＤＮＡの複製
・・・・・水素結合
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遺伝子操作
●遺伝情報の表し方は全生物で共通
⇒人間と植物や微生物の間でも遺伝情報の
交換が可能
●例：大腸菌にインシュリン、ヒト成長ホルモン、
インタ－フェロンなどを作らせる
●遺伝子組み換え食品の問題点：目的のタン
パク質以外のタンパク質もできる ⇒ 安全性
の確認が難しい
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雄と雌の存在理由（結婚の生物的価値）
●ＤＮＡ：安定性が高い
●紫外線、放射線、化学物質などで損傷
⇒ 健全なもう一方をもとに修復可
●交配：
●ＤＮＡに修復不能部分 ⇒ 雄と雌のＤＮＡの健全な
部分の組合わせ ⇒ 健全なＤＮＡ ⇒ 種の絶滅を防ぐ
●ＤＮＡの交差（混合再配列） ⇒ 多様な遺伝子 ⇒ 環
境変化への対応力向上
（●環境が厳しくなると：無性生殖 ⇒ 有性生殖）
●ＤＮＡが変化したまま ⇒ 突然変異 ⇒ 生物の進化
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“ＲＮＡワ－ルド”から“ＤＮＡワ－ルド”へ
●タンパク質合成：酵素が必要
●ＤＮＡ：酵素なしには何もできない
●ＲＮＡ：１本鎖 ⇒ 変異が速い
●レトロウイルス（エイズなど）：遺伝子がＲＮＡ
⇒ ワクチンを作りにくい
●一部のＲＮＡ：遺伝情報＋触媒作用 ⇒ タンパク合成 ⇒
（自己複製可：危険） ⇒ 生物はＲＮＡ分解酵素をもつ
●“ＲＮＡワ－ルド” ：偶然に誕生したＲＮＡ ⇒ 多様なＲＮＡ
●“ＤＮＡワ－ルド”：遺伝情報は安定なＤＮＡ、
タンパク合成はＲＮＡ
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遺伝子診断
● 遺伝子診断：ＤＮＡ解析 ⇒ 胎児の遺伝的素
質 ⇒ 新しい優性学
● ヒットラ－の優性学：劣等なユダヤ人の絶滅
● アメリカでの調査：「肥満遺伝子をもっていると分
かれば中絶する」と答えた女性が３０％
● 保険会社：遺伝子診断の結果を知る権利を主張
● 結婚相手の遺伝子診断の結果を知りたい？
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病気の環境要因と遺伝要因
肥満にも、環境要因だけでなく、５０種類以上の遺伝子が関係。
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好気性生物の出現
● 酸素がなかった時代：生物は嫌気性生物だけ。
● 光合成生物の出現 ⇒ 酸素の放出
● 海： Fe2+＋O2 ⇒ Fe３+ （鉄鉱石： Fe2O3）（ O2の消費）
Fe2+ がなくなる ⇒ 大気中のO2増加 ⇒ 3-4 億年前
に現在とほぼ同濃度
● 嫌気性生物の大絶滅 ⇒ 酸素呼吸をする生物の優位
問題光合成では酸素が放出される。しかし、ここ数億年間
大気中の酸素濃度はあまり変わっていない。なぜか。さ
らに、大気中の酸素濃度が高まるための条件を述べよ。
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炭素原子の循環
CO2：炭素原子の大気中で最も安定な形 → 他のものに変え
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るのにはエネルギーが必要 → 処理して除くのが困難
ＡＴＰ⇒ＡＤＰでのエネルギー発生
ここで加水分解される
→ ADP
ADP
ATP
ＡＴＰ → ＡDＰでエネルギー（7.3 kcal/mol）が発生
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酸素呼吸の優位性
● エネルギー発生：
ATP ＋ H2O → ADP＋H3PO4 + ３０KJ（7.3Kcal)
● 呼吸：ブドウ糖＋６O2→→６CO2＋６H2O＋３８ATP
● 発酵：
ブドウ糖 →２乳酸＋２ATP
ブドウ糖 →２エタノール＋２CO2＋２ATP
醗
酵
（
嫌
気
性
）
● 酸素呼吸は、エネルギー源の利用効率を 20 倍近く高
めた。
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醗酵と腐敗
● 醗酵：人間に有益な場合：
醗酵食品（酒類、味噌、醤油、納豆、ヨ－グルト、パンな
ど）
●腐敗：悪臭等で人間が嫌悪感をもつ場合：
腐敗臭は、危険を知らせるシグナル
●醗酵と腐敗も、酸素のない状態で、微生物が有機物を分
解してＡＴＰを得るプロセス
(生成物が有害な例：
酵母は醗酵でできる15％以上のエタノールで死ぬ）
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ATPの使われ方
● ＡＴＰ：高エネルギ－物質：エネルギ－の通貨
● ＡＴＰ → ＡＤＰ：発生エネルギ－の
60%が仕事、 40%が熱（体温の維持）
● ナトリウム－カリウムポンプによる物質移動
（ＡＴＰ消費量の約 1/3 ）
Na+
K＋
細胞内（赤血球）
１
30
周囲の体液中
１０（濃度比）
１
● Na+ と K＋細胞膜内外間での濃度差
⇒ 情報伝達、脳の働き
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脳でのＡＴＰ
● ＡＤＰ⇒ＡＴＰには、O2 が必要
● 大脳：１日に体重くらいのＡＴＰを消費
（全酸素の 20 ％を消費）
● 大脳のＡＴＰ量は約１ｇ
⇒ ＡＴＰ⇌ＡＤＰが１万回/日(6秒間隔）
⇒ 酸素濃度が低いとＡＴＰができない
⇒ 急速な意識喪失
● 脳のエネルギ－源は、ブドウ糖だけ。
脳で全エネルギ－の 1/4 （血糖の８割）を消費
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ATPと料理
● 運動：ＡＴＰをエネルギ－源にしたタンパク質の滑り
● 死後硬直：ＡＴＰがないので筋肉での滑りが起こらない
● タンパク質分解酵素でタンパク質が分解
⇒ また軟らかくなる。
● 洗い：鮮度のよい魚肉を薄切りにして冷水で洗う ⇒
ＡＴＰの流出 ⇒ 筋肉が硬直しコリコリした歯ごたえ
●鰹節：猛スピ－ドで泳ぐ鰹には、ＡＴＰが多い ⇒ 多量
のイノシン酸（ＡＴＰの分解生成物：旨味物質）ができ
る ⇒ 「だし」がよく出る
● 死後硬直が解ける頃にイノシン酸が最も多くなる
（歯ごたえは弱くなる）
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１分子の合成に必要なＡＴＰ数
生合成に使われるＡＴＰの 88%がタンパク質の合成に使われ
る。
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ATPの働き
● 細胞膜を通した物質の輸送（ポンプなど）
● 情報の伝達
● 筋肉運動などの力学的仕事
● 生体物質を作る生合成
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炭素原子の循環
(
エ
ネ
ル
ギ
ー
光
合
成
ＣＯ２消費量=発生量
太
陽
エ
ネ
ル
ギ
ー
）
CO2：炭素原子の大気中で最も安定な形 → 他のものに変え
るのにはエネルギーが必要 → 処理して除くのが困難
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