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基礎中の基礎は対応できる理系生物! (2) こちらは多少化学基礎の知識がないときついところもございます 目次 第1章 生物の進化 第2章 生命現象、、、 このノートではここ! 第3章 遺伝情報の発現と発生 第4章 生物の環境応答 第5章 生態と環境 第2章 生命現象 生命現象①細胞を構成する物質 (タンパク質以外) 皆さんは、細胞を構成する物質の中で 1番多い物質ってわかりますでしょうか 最も身近な液体といっても過言じゃないものでしょうかね 水なんですよ。 細胞を構成する物質で、 おそらく1番先に挙げられるのは水なのかなと そしてタンパク質とか炭 水化物とか脂質とか核酸とか無機塩類などなど、、、 2% タンパク質 脂質 核酸、 その他 1% 無機物 2% 炭水化物 20% 水 75% 水 タンパク質 15% 脂質 13% 無機物 3% 67% 炭水化物 核酸,その他 2% 動物細胞 (平均) 植物細胞 (平均) 引用 https://y-arisa.sakura.ne.jp/link/yamadaka/animal-cell/seibun/kousei-bussitu.htm グラフを見てもらったら、 水がめちゃくちゃ大半を占めているって事はわかると思います
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そこでですね 1番多い物質は水なんだけど。 次に見てもらいたいのが 動物細胞と植物細胞 それぞれで2番目に多い物質って何でしょうか? 動物はタンパク質 植物は炭水化物となってます 植物で、 炭水化物の割合が大きい理由は意外と試験に聞かれるので書いときます 植物って細胞壁があるじゃないですかこの細胞壁の主成分がセルロースってものでしたよね。 このセルロースは炭水化物ですのでここだけちょっと押さえといてもらいたいなと思いますね。 それ以外の細かいところは、まぁあんまり覚えなくていいかな 植物細胞では、2番目に炭水化物 が多く含まれていて 両者とも1番多いのは水である そこで水についてちょっと見ていきたいと思います 水分子って結合によって緩やかにつながってるんですが さて何結合でしょうか? 共有結合ですかね イオン結合ですかね 金属結合とかはないでしょう。 答えは水素結合です そして、水の特徴として覚えて欲しいのが ①比熱が大きいことにより、 体温を安定化できる。 ② 様々な化学反応の場になる ③物質を溶 かす溶媒になる ④光合成などに用いられる ⑤分極していることにより凝集力がある (£ ①① 0 (+ 水分子のモデルとしては3つ書いてありますけれどもここで酸素と水素がどういった電気を帯 びているのかを見てもらいたいわけです 緑の....で書かれているものが水素結合ですが 酸素が負の電荷 水素は正の電荷を持っています これが分極していると言う事。 そして、水素結合と言う比較的弱弱な結合によって凝集しているよ (表面張力とかに関係があり ますね!)とこのような性質があるから、いろいろな役割があるんだよね それでは、水は一旦置いときまして 有機物今から4種類やっていきたいと思います
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まずは、炭水化物(糖質) H CH, off C11.91 H oft HO HOH - H dt 11 H H H It off (フルクトース/ Colt Co (ガラクトース) C6HO (グルコース) 06141206 炭水化物... グルコースやフルクトースやガラクトースなどの単糖を構成単位とする有機物 炭素と水素と酸素から構成されていて、エネルギー源として使われることが多い ※植物細胞の細胞壁に使われるセルロースみたいに、エネルギー源以外の使い方をされること もある そして、追加で覚えて欲しいのが血液中のグルコースの事 血糖と言いまして、 これの濃度のこ とを血糖値といいます 自律神経系とか内分泌系によって安定に保たれているものですよね。 そして単糖 これが2分子結合したもの マルトース(グルコース2分子) スクロース (グルコース とフルクトース) ラクトース(グルコースとガラクトース)からなるこいつらを二糖といいます 単糖・二糖は基本的に水に溶けやすい性質があると そして、デンプン グリコーゲン セルロース アミロース キチンなど 単糖がたくさん結合したよ うなものこいつらを多糖といいます ちなみにですが キチン 第1回で説明しました菌の細胞の細胞壁の主成分ですね もう一つ、ちょっと豆知識として 節足動物っているじゃないですか 外骨格ありますね。 実はこ れを形成してるのもキチンなんですね。 続きまして脂質ですね
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C... C-CO - Cit₂ CC-CO-CH2 co. CC-COOH HO C.....C-COOH HO CH C.... C-COCH HO Cit 生体内のエネルギー源としたり 体を作る材料のやつです そして、基本的に水に溶けにくい有機物だと そして主に 脂肪・リン脂質 ステロイドこの3つを 覚えてもらいたいんです 脂肪はグリセリン1分子と脂肪酸3分子が結合したもの 水に溶けにくくて、エネルギーの貯蔵 物質として存在している これが呼吸基質としても用いられる場合にこれは中学校でも習ってますね 細胞内で加水分解 がなされてモノグリセリドと脂肪酸になる このノートの後半の代謝で勉強するんですがこのモノグリセリドは解糖系に入って脂肪酸はβ 酸化されてアセチルCoAとしてクエン酸回路に入って酸化されます リン脂質(レシチン)... グリセリンと2分子の脂肪酸が結合したもの 分子の中に水の部分と馴染 みやすい親水部 水になじみにくい疎水部がある 生体膜の主成分 ステロイド ... 加水分解されない脂質 糖質コルチコイドなど 続きまして 核酸 ですね
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酸 「糖 「指基 ヌクレオシド ヌクレオチド 核酸... ヌクレオチドが結合して、鎖状になった有機物 実は、 これ2種類しかなくて DNAとRNA ヌクレオチドが構成単位になっていて 糖、塩基、リン酸が結合したものになる DNAとRNAには4つほど違いがありましたね 名称 DNAはデオキシリボ核酸 RNAはリボ核酸 糖 DNAはデオキシリボース RNAはリボース 塩基 DNAはATGC RNAはAUGC 構造 DNAは二重らせん構造 RNAは1本鎖 生命現象② タンパク質 本当は、タンパク質は①の有機物の解説のところでやろうと思ったんですけれども実は生物を やる上でですね タンパク質って命なんですよ。 そのせいでやることもめちゃくちゃ多いので別と させていただきました タンパク質はアミノ酸がめちゃくちゃつながったような鎖状の物質ですね このアミノ酸にはアミノ基とカルボキシ基があってここの間で、水分子が取り除かれて 結合す ることによってできます この結合には、ちょっと特殊な名前がついててペプチド結合と言い ペプチド結合によって多数の アミノ酸が結合したものをポリペプチドといいます ポリってのがたくさんてことなので タンパク質は数万種類あるって言われます ヒトの場合はでもアミノ酸はぴったり20種類しかあ りません この種類と結合の仕方によってめちゃくちゃ分岐するわけです タンパク質の働きとして体の構造を作るであったり 細胞の構造を作るであったり 生物基礎で 出てきました。 免疫グロブリン 酵素 ホルモン 後は、 物質の運搬とか 情報伝達と細胞同士の 接着であったりとかね 実はめちゃくちゃいろいろな役割があるんですよね ここでは、タンパク質の基礎をやりたいな 他の役割に関しては、他の章で少しずつお話しできればいいかなと思ってますので では、アミノ酸の構造式からやりますね ペプチド結合とかは、おそらく 化学の方でも扱うかなと 思います 化学基礎で構造式って習いますよね それでアミノ酸を表すと
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し こんな感じですね ( R 側鎖 C しカルボキシル そして、上側にRと書いてあってここの部分の名前を側鎖といいますここがぴったり20種類 あってアミノ酸の20種類って側鎖の変化なんです グリシン アラニン ロイシン CH-CH₂ AL-C-COOH CH, H 416-5-1984 CH H CH-CH Cook & 1- CHfa CH CH.CHI -Coult ® M イソロイシン アフェニルアラニン トリプトファン 0 [S] 011 Cit MH-C-Cooll 4 @CHI Mt. --Coult CH, 0+-044 メチオニン ストレオニン Ca Corte H H Coon CH. MCCOON NH. 6:0 CH. Nt-coort H NICOOH Ath funifort 17グルタミン酸 18リシン 19アルギニン 20ヒスチジン H CITH ¿-COON & cly この後、 ③で解説するつもりですが、 リボソームという細胞小器官によってタンパク質って合成さ れるんですが 合成される方向があって アミノ基側から合成されていきます そしてちょっとばかり特殊な言い方として覚えて欲しい。 ポリペプチドのアミノ基側の末端のことをN末端 カルボキシ基側の末端のことをC末端といいま す そして、特に覚えて欲しいものがあって グリシン・アラニンは単純だから覚えて欲しい グルタミン酸とアスパラギン酸は酸性 リシン(リジン)とアルギニンとヒスチジンは塩基性 そして側鎖に硫黄を含むもの システインとメチオニン 特にシステインは覚えといて欲しいなと
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そして、アミノ酸にも、 おそらく家庭科の方で習うかなと思うんですが体の中で作ることができな いから、外から摂取しないといけないとがあるんですよ。 こういったアミノ酸を必須アミノ酸とい います - C-olt そしたら、ペプチド結合をもうちょっと見ていきましょう R₁ H2O R2 H - C Colt <加水分解 Ri : H H - N C N - C <脱水総合> R2 C-OH || H こんな感じで書いてみました なんというか 生物の中でも化学よりの内容なんですよね ペプチド結合って水が1分子抜けるんです 端から見たら脱水縮合ってこと アミノ基、カルボキシ基の1部で水ができるんですよね そして、上と下を比較したときに下が結合してくっついた後ですから当然短くなるんですよ それで、タンパク質を構成するポリペプチドのあるアミノ酸配列のことを一次構造といいます そして、ペプチド結合をしているCOの部分の酸素は負に帯電していて NHの部分の水素は正に 帯電している つまり、ここで酸素原子と水素原子の間で水素結合が作られて、規則的な立体構造が部分的に 形成されると これをタンパク質の二次構造と言い 螺旋状のαヘリックス構造 ジグザグ状のβシート構造があ る
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-C-ムーロー aヘリックス 水素結合 000 (一次構造) Bシート こんな感じですね 二次構造がガチャガチャといろいろ組み合わせるとそのタンパク質に特有の全体的で、複雑な 立体構造を取るようになります これを三次構造といいます これが側鎖同士のいろいろな結合によって安定するんですね 水素結合だとか S-S結合だとか 疎水結合だとかね おそらく1番最初の結合は絶対聞いたことありますこのノートを1から順番に見てくれてる方だっ たらね。 2番目と3番目は明らかに聞いたことなさそうな結合ですよね このSって何かって言うと硫黄です 硫黄同士の共有結合ですね。 比較的強固な結合 別名ジ スルフィド結合という 〆ヘリックス N113 休 Coo SS結合 疎水 総合 水素結 こんな感じで複雑なんですよね アシート
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まずS-S結合から見ていこうと思うんですが 基本的に行うアミノ酸はシステインだけです。 そして、イオン結合ですって 化学基礎履修されてる方は絶対聞いたことあるでしょう 静電気的な引力ですよね 陽イオンと陰イオンが結合する。 こちらは、 化学基礎の方で解説し てますんで生物の方では割愛させていただきます。 続きまして、疎水結合ですね こいつは基本的に外側に出る事は無い。 タンパク質がぐちゃぐ ちゃぐちゃぐちゃってあって中のほうにいるんですよ。 こいつは外側が水だから。 比較的弱め の結合ってことになります。 そして、水素結合ですね 水素原子と酸素原子の間で形成されるものですね。 水素の電気陰性度と酸素の電気陰性度 要は自分がマイナスになりたい度合いです 原子が共 有電子対を引きつける強さのことです 酸素の方が電気陰性度は強いんですよねだから、俺のほうに電子来いよと。 そんな感じで 水素結合が作られます。 それではそれぞれの結合の特徴を軽くだけやりましたので何に弱いかってことをやります タンパク質って高温とかpHの変化とかそういった要素によって、 立体構造が変化してしまうこと がありますこの立体構造が変化することを変性 そして変性のせいでタンパク質が機能を失っ てしまうことを失活といいます イオン結合とかはpH変化に弱くて 水素結合はpH変化にも高温にも弱いみたいな感じです そして、結構細かくやったんですがタンパク質もものによっては複数のポリペプチドが合体し て、より複雑な四次構造を取ることもあるよと そしてこの際のタンパク質のそれぞれのポリペプ チドのことをサブユニットと言うんです こんな感じで、タンパク質は特有な一次構造を持ってその情報に基づいて固有な立体構造を形 成していくわけですよね そこで折りたたまれると言うことをしてますこれをフォールディングとい います。 ここでの最後としてシャペロンについて少し扱おうかなと思います 他のタンパク質の立体構造の形成であったりをお手伝いしてくれるタンパク質ですこれをシャペ ロンといいます。 細胞とかが熱とか、そういったストレスを受けたときに合成が促進されたり 後は先ほどやりまし た変性タンパク質の立体構造が変化してしまうことでした こうなっちゃったときに立体構造を 直してあげますよってのもシャペロンの役割なんですね
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生命現象③細胞の構造体 植物細 2/0 →細 www RE こんな感じですね 動物細胞と植物細胞を比較して今回やっていくのは真核細胞ですので ここから構造体一つ一つに対してまあまあ細かい説明になるので、ここのところは異様にちょっと 長くなると思ってください 細胞膜細胞質の最も外の層である 細胞の内外を仕切る役割 a READ VAR ELE 886 こんな感じなんですが 8881 リン脂質 先ほど出てきましたけどこれでできてるんですよね 868 めちゃくちゃ乱雑な書き方をしておりますがリン脂質は人みたいなやつです (今回は、生物的な意図で人を使っていないので、 漢字で書かせてもらってます) ここで水に馴染みやすい親水部 水になじみにくい疎水部があるんですね そこに、タンパク質が貫通しているような感じで点在しているんですね ここで皆さんは、イメージがつきにくい人はね 真夏の市民プールとかを想像してください 私の 地元は田舎すぎてないんですけれども。 アニメとかを見てると真夏の市民プールってめちゃくちゃ人でごった返してるっていうかぎゅう ぎゅうであるみたいな そしてリン脂質は人だと思ってタンパク質はビーチボールみたいな
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人は流動的に動くことってできますよね あっちに行ったり、こっちに行ったり 一方で、ボールってどうでしょうか? 自由に動くんですよね。 人が動いたら、その水の流れとか によって動きます。 だから比較的自由です。 だから、動きが大きいのはどっちですかって言われたらリン脂質側になりますよね こんな感じでリン脂質の2重膜の中を、 タンパク質が点在していて動き回ることができる形式の 構造を取るんですね この形式を流動モザイクモデルといいます そして、これ物質の輸送にも携わっているんですが 一旦ここでは軽い説明だけしておいて 輸 送に関しては、また別のところでお話ししたいかなと思います ただ、これが細胞小器官とかの膜も同じような作りをしてるからひっくるめて生体膜と呼んでる んですね 続きまして 核ですね 核膜 核膜孔 核小体 核液 ・染色体 (DNATタンパクエ こんな感じですね 二重膜構造であると そして核を包む膜のことを核膜と言いまして核には多数のちっちゃい穴 が空いてるんですよこの穴のことを核膜孔と言いまして 核の内外で、 物質が往来するのは、こ こを通るんです 内膜・外膜は直接繋がってるような感じね そして核の中には1個から数個程度の核小体と呼ば れるものがあってリボソームRNA (rRNA) の合成が行われているところ そして核小体はRNAとタンパク質から構成されている もう一つ 核の構造に関してでは無いのですが核と細胞質をひっくるめて原形質 そしてこの原 型質の働きによって生じた細胞壁などを後形質といいますので合わせて覚えておきましょう そして、酢酸カーミンや酢酸オルセインなどの染色液によって赤く染まる 続きまして、ミトコンドリアですね
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内膜 ムコトリックス 外膜 クリステ はいこんな感じなんですが ほとんど、すべての真核細胞にあるようなやつです 核と違って二重膜ではあるんですが それぞれの膜が独立しています そして、独自の環状DNA (mtDNA) を持つ自分の専用設計図みたいなものを持ってるから 半 自律的に数を増やすことができます そして第1章でも扱いましたが 細胞内共生 何が由来したものですかね 好気性細菌ですね 半自律的に増えるとは書いてありますがこれって独自の増殖方法なんで核の分裂と同調はし ませんよ これちょっと覚えてください。 葉緑体の時にも同じことが出てきますがそこで同じ事 は説明しませんので。 そして、ヤヌスグリーンというものによって、 青緑色に染色することができる そしてミトコンドリアはなんといっても呼吸ですよね 呼吸に関して、いろいろなコースが実は設置されていると 解糖系→クエン酸回路→電子伝達系 その中でもミトコンドリアの中で行われるのは後者2つ これはこのノートの後半で説明するので それでは部分の名前を確認していこうと思います 内部の構造に関しては、 電子顕微鏡を持っていないと観察はできません その形を見るだけであ ればヤヌスグリーンで色付けして光学顕微鏡でも観察はできます それで外側の膜を外膜 内側の膜を内膜 これはそのままなんでいいでしょう そして内膜に関して、特にできることなら なるべく多くのエネルギーを作るのに、 表面積でかい 方が良くないすかということで表面積を大きくするために、内側に折れ曲がってるというか凹ん でるというかこの部分のことを特にクリステといいます なのでクリステがあるおかげで表面積が大きくなってエネルギーを作るのが効率的になるよ ねということです そして内膜で囲まれているところ 画像で見ると、ただの空間にしか見えないんですがね この部 分のことをマトリックスといいます
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続きまして、葉緑体ですね 引用 https://www.ac-illust.com/main/search result.php?word=%E8%91%89%E7%B7%91%E4%B D%93 葉緑体と言ったら、 あの有名な炭酸同化ですよね 光合成でしょう。 独自の環状DNA (cpDNA) を持つ 半自律的に増える 光合成を行う真核細胞に存在していてこれも独立した膜を持つそして緑色であると。 そして、これも細胞内共生のとこでやりましたけどシアノバクテリアに由来すると それでは部分の名前を確認していきます まず、これも二重膜構造で外膜、 内膜がありますよと そしてここからが新しい用語です。特に 画像を見てみると、 いくつか粒みたいなのがありますよね ぺったんこの袋状の構造ですこいつ のことをチラコイドと言いましてチラコイドがいくつか重なったような構造を ぐらぐらしてそうな のでグラナといいます (名前の由来は多分間違えてます。 イメージしやすいように言ってるだけ なので。) 葉緑体は緑色と言ったんだけどこの緑色って何なのかって言ったらクロロフィルとかカロテノイ ドと言った光合成色素と言うもので 光エネルギーを吸収しているものになります チラコイド膜の ところにある そして、隙間がありますよね 言ったら空間の部分です。 ここの部分をストロマといいます そして、これはちょっとマイナーなお話にはなりますが 有色体・白色体 葉緑体の3つをひっくる めて色素体(プラスチド) なんて総称されたりします 続きまして、リボソームと小胞体をセットでやっちゃいますね
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核 (膜) 孔 滑面小胞体 核膜 粗面小胞体 リポソーム 引用 https://mazii.net/ja-JP/search/word/jaen/%E5%B0%8F%E8%83%9E%E4%BD%93 こんな感じになっているんですが 小胞体はリボソームが付着しているものと付着していないものがあるんですよね これはまた後でやるとして、 先にリボソームの方を片付けていきたいと思います リボソームは、2つのポリペプチドの鎖とrRNAから構成されています そして、大きい部分と小さい部分で大サブユニットと小サブユニットから構成されています そして、リボソームには画像にある通り小胞体に付着しているタイプ そしてもう一つのタイプが あるんですが遊離型リボソームと言って 細胞質基質に浮かんでいるような感じのものですね そして、リボソームには生物基礎の時に一度苦しめられた記憶があるでしょう こいつ原核細胞 にも存在するんですよね。 で小胞体 リボソームが付着しているか付着していないかによって呼び方が変わります リボソームが付着している→粗面小胞体 リボソームが付着していない→滑面小胞体 小胞体の役割は、ざっくりとしか言いませんが、 物質の輸送ですね ゴルジ体ってところに送られ ます。
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では、その次ゴルジ体 リソソームについてやりますね ちょっとリソソームはめちゃくちゃ細かくやります リソソームってすごい名前が似ててリボソームってありましたよねあいつとごちゃごちゃになるん ですよ リボソームは、タンパク質の合成がメイン リソソームは細胞内消化 がメインになります 引用 https://www.irasutoya.com/2019/12/blog-post_188.html?m=1 ゴルジ体ってこんな見た目の構造物なんですがぺったんこの袋上の構造が複数積み重ねたよ うなやつ 分泌の盛んな細胞で発達しているんですよと そして粗面小胞体から送り出されると言いましたが 粗面小胞体側をcis面(シス) それとは反 対側(=ゴルジ体から送り出される側) をtrans面 (トランス) と言います 今後、カタカナの方で読んでいきますので ゴルジ体の役割は化学的な修飾を行って、 それを濃縮して小胞に詰め込む と言っても、なかなか教科書だとこんな感じで堅苦しいので、 ちょっと 砕きますね ゴルジ体は細胞内発送センターなんですよ 化学的修飾ていうのは糖を付加したりすることなんですが 小胞体から届いたタンパク質とかっ て未完成の状態なんですよね これってそういったタンパク質にラベル付けしてる段階です こいつの行き先どこですか? こいつは細胞の外です。 これはリソソームです。 みたいな感じ。 そして、濃縮ってのは荷物がバラバラだと効率は悪いじゃないですか だから同じものにぎゅっ としておいて効率を上げるために行ってるんです
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細胞の外に出るとき、 1つちょっと覚えて欲しい用語。 小胞は必要に応じて細胞膜に移動して 細胞膜が大きく変化して細胞の外へと追い出される分泌されるんですねこれをエキソサイト- シスといいます また、これと似たような言葉がございますので、 その時また扱いますのでね リソソームはオートファジーとエンドサイトーシス 一旦、リソソームの特徴からやっていきますがゴルジ体のトランス面の方から作られるんですね そして、細胞内で働く加水分解酵素ってのが含まれていてタンパク質とか、 炭水化物とか脂質 とかいろいろなものを分解してくれるものになります この加水分解酵素は、 酸性の条件下でよく働く では、先に、エキソサイトーシスとエンドサイトーシスについて見ていきます 細胞膜の大きな変化によって、 細胞の外にある固形物を取り込むことがエンドサイトーシス 逆に、細胞内の小胞とかが 細胞膜と融合して細胞の外に分泌することをエキソサイトーシスと いいます そして、もう一つはだいぶ最近の出来事なんですけれども 大隅良典先生が1993年 オート ファジーに関しての遺伝子群を発見したとか 2016年にノーベル生理学・医学賞を受賞された方 なんですよ と言うと、10年前ですね オートファジー... 細胞内でタンパク質が過剰になった時や、細胞が飢餓状態に置かれたときに活 性化され 細胞の中で不要となった自分の成分を分解する反応 このオートファジーって言葉自体 auto phagy なんですが 前者のオート 自分て意味の英語 後者のファジー 食べると言う意味のラテン語 なんですよね そんな話はどうだっていいんですけれども まず、エキソサイトーシスとエンドサイトシスをちょっと画像で確認してみましょうか <エンド> ☆ 糸胞膜 こういうことです 外 内 内 外 <エキソ> ☆
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ちょっとリソソームはめちゃくちゃ細かくやらせてください 意外と苦手な人が多いので エンドサイトーシスに焦点を当てて説明します 異物貪食の方です。 エンドサイトーシスの所の真ん中を見てもらいたいんですがぺこっと折れ曲がってますよね。 実はこれ異物が受容体に結合することで行われるんですが 実は曲がることってできません。 ここでクラスリンと呼ばれるタンパク質が内側を補強することで叶ってるんですよね この補強することをちょっと難しい言葉を使って裏打ちするといいます そして、真ん中から右の過程に行くのに切り離されてるんですよねこれはダイナミンと呼ばれる タンパク質の働きによって切り離されてます 今から切り離された後を見ていきたいと思います 33酸性 小胞 受容体 エンドリーム 分離 リソソーム ざっくり書くとこんな感じなんですが 実はダイナミンによって切り離されたのって受容体ごと 受 容体ってもともとは細胞膜の所有物ってイメージを持ってもらいたいんだけど、 お借りしてるって 感じ こんな感じで、 膜がたくさんあるんですけど 1番外側にいる奴がクラスリンの膜になってます 細胞膜を1本の線で書き表しておりますが 本来は二重線で書いたほうが絶対いいです。 そして、この切り離されたものをエンドソームといいます このエンドソームが別の弱酸性〜中性 の小胞と融合しますね pHの変化が起こることになりますからそれでなんで融合が起こるかって言ったら これ、当然、細胞の外の液体 細胞外液と言いましょうか 中に異物と一緒にいるわけですよ。
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ただ、この後、リソソームによる分解があるので出来る限りpHをリソソームあたりに近づけてあ げたいんですよ pH5くらいに だから、別の小胞と融合するのは、少しでもリソソームのpHに近づけるために下げるんですよ そうすると、 1番外側にいるクラスリンの膜が剥がれていきます それによって異物が受容体から 剥がれます。そして受容体は細胞膜の所有物のイメージでしたよね。 返してあげないといけな いってことで細胞膜のほうに受容体は帰っていきます 細胞膜って受容体が無限にあるわけじゃないんで返してあげないと、細胞膜としての機能がな くなっちゃいますからこの受容体ってリユースされてるんだと 最後に、そのエンドソームとリソソームが融合して中の異物が分解されていきますよと そしたら、リソソームの最後としてオートファジーをやります オートファジーのことをめちゃくちゃざっくり言いますね 細胞内のいらない成分を分解して、それ が生体物質の合成材料として利用されるんだと これがどういう時に活性化するかいらないものが多くなりすぎた 細胞に栄養分が行かないみ たいな時です 古くなったミトコンドリアなどの細胞小器官であったり後はめちゃくちゃありすぎるタンパク質で あったり。 タンパク ミトコンドリア オート リソソー ファゴソーム 隔離 分解されたも オートリソソーム 流れを一通り書きました 画像で隔離膜とありますが 小胞体由来の膜になります その中に古くなったミトコンドリアと過剰なタンパク質があります それを膜が成長することによって包み込みました この小胞がオートファゴソームと呼ばれるも のです
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そして、このオートファゴソームとリソソームが融合することでこの中の内容物がアミノ酸レベル で細かく分解されると そしてここで内膜が消失する このアミノ酸が、 我々の体を作るみたいなことをやりますと 再利用ですよね。 そして、融合が終わった状態をオートリソソームと言いまたリソソームとして機能することがで きます ここで長かったですがリソソーム話は終わりです 続きまして、 中心体を見ていきたいと思います 引用 https://www.ac-illust.com/main/search_result.php?word=%E4%B8%AD%E5%BF%83%E4% BD%93 いろいろな細胞小器官がありますが、 1番右の子です 黄色い感じで書かれているのが中心体で すね 見た目は+みたいな感じなんだよね 基本的に動物細胞に見られる構造で 植物には見られない だけど 正式には全部の植物で見られないわけではなく 比較的構造が単純なシダ植物とかコ ケ植物とか、そういった植物とかでは見ることができます そして、この中心体っていうものが2つでかいストローの塊みたいなやつがあるじゃないですか あれで1つとしてカウントするんですが。 2つの中心粒で構成されてます あの1つのでかそう なやつが中心粒と言います 中心粒は微小管が3本で1組になっててそれが9組あります それが筒みたいになってるこの ストローみたいな1本のやつを微小管といいます この後細胞骨格について扱うときにまた出てき ますので。 中心体の働きってことで見ていきたいんですが 生物基礎の時に細胞周期習いましたよね。 そ の時に何か糸みたいなのが伸びてませんでした? 紡錘糸と呼ばれるやつですねこれが作られる起点となるのが中心体です。 紡錘糸はちょっと特殊な言い方なんですけど 正体は微小管なんですよね 液胞についてやります これは特に覚えることが少ない感じですね 文字だけで説明します。 様々な物質とか余分な水分を蓄積するもので細胞の浸透圧の調節を担う 浸透圧はまた別で 説明します
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そして、液胞内部の液体のことを細胞液と言いまして、 花びらとかだとアントシアンなどの色素を 含む 動物にもあるけれども、あまり発達しておらず 発達した植物などでよく見られるこれだけです ね それでは、次に細胞壁を見ていきたいなと思います 細胞壁は何といっても主成分絶対覚えてください セルロースと呼ばれるものでできてます。 そして、ペクチンって呼ばれるもので、細胞の間が接着されてるって感じです ちょっとマイナーの知識とかも話しますね 細胞壁にリグニンってものがつくと硬くなる 木化といいます そして、生物基礎のバイオームの方で出てきましたが 表皮にワックスが塗られたようなクチクラ 層って言うものがありますけど、あれはクチンと呼ばれる奴が蓄積したもの 緑:原形質連絡 赤:枝 そして、細胞壁で覚えるべきは、 これ 成長、 途中の植物細胞の細胞壁は比較的薄くて柔らかめ だけど、成長するにつれて頑丈になってくると 細胞壁を貫く形で穴が開くようになります これ を通してお隣の細胞とのあいだで、 物質のやりとりが行われたりこの穴のことを原形質連絡と いいます そしたら最後に細胞骨格をやっていきたいなと思います 細胞骨格は漢字の通りなんですがタンパク質でできた繊維上の構造物で、やっぱり細胞に とっての骨格みたいなもんです これによって細胞の形状とかが保たれてたりとか 覚える種類は3つあって大きい順から 微小管 中間径フィラメント アクチンフィラメント ちょっとこれも細かくやっていこうかなと思います そして ATPを消費しながら決まった方向に移動するというモータータンパク質と呼ばれるものが 出てきます これは中間径フィラメントには存在しませんが、 アクチンフィラメントと微小管には存 在しますので それでは、アクチンフィラメントから見ていくことにしましょう
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17hm 00000 000000 アクチン シオシン 核 BRAY 00000 24h アクチンフィラメントとして覚える事は、画像に書いてある通りなんですが まず 球状タンパク質であるアクチンがつながった鎖が2本分 ゆるゆるに巻きついた構造をして ます そして、モータータンパク質としてミオシンがあるモータータンパク質はイメージとしては車みた いな感じ アクチンの上を車みたいに動いてるんですよ。 このモータータンパク質は細胞小器官とかを運んだりしてるんですよね ATPのエネルギーの形態って何かと言ったら 化学エネルギーですよねこれを運動エネルギー と言う力学的なエネルギーに変えるんですよ だからATP分解酵素ってのがあります。これは ちょっとポイントとして押さえといてもらいたいかなと。 話がずれましたが アクチンフィラメントの役割ってのを見ていくと 1個1個覚えるの大変じゃない ですかなので多少該当しないものはあるかもしれないけど、ほとんど 細胞の大きな動きと 捉えてくれればオッケーです 細胞の大きな動きに関与しているんだってそういった認識でほとんど行けます 暗記量減らせ ます 例を挙げると、アメーバとか動いたら 1部が突出して、 その分その反対側が凹んだりこれって 結構大きな動きですよね 後は細胞質分裂であったり 原形質流動だったりね 原形質流動、、、細胞の中で、 細胞小器官などが流れるように移動する現象 細胞質流動とも言う 画像の青色で表しているものはアクチンフィラメントの分布です 細胞膜のすぐ内側 そして、重合とか脱重合ってあるじゃないですかこれも少し触れておこうかなと思います イメージとしては重合はアクチンを追加しましょう そうすると伸びますよね。 逆に、脱重合はプチプチプチプチ取れていくわけですよ その分縮みますよね。 だから、伸びる方向はどっちですかって言われたら 重合してる方ってことになります だから、短くなるのは脱重合してる方
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では、中間径フィラメントの方を見ていこうと思います 役割のイメージは固定 細胞の形を保つことと 核を固定する この2つだけ覚えてくれればオッ ケーです。 fonm ケラチンなど 覚える事は比較的少ない 中間径フィラメントに関しては、モータータンパク質はありません そして、管っぽい構造で 繊維以上のタンパク質と束ねたような構造をしてると そして成分はケ ラチンです 聞いたことあると思います 爪とか毛髪とか 後は核を固定する役割があるのだから 核の周りにいなくちゃだめだよね! 覚えることとしては、 これだけですかね そしたら、次1番覚えることが多い 微小管ですね 中心体のところでも出てきましたよね 後は、 細胞小器官の移動 そして何よりも繊毛の運動とか 鞭毛の運動のイメージがちょっと強いって感じのものです 25hal ○ 1-アチューブン dチューブン キネシン ダイニン 覚える事は以上になります 画像の通りです。 黄色籖毛 Co a 00 18 942 稲造
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まず構造の前に分布について見ていこうかなと思います 核の上にバッテンで書かれてるところありますよねこれ中心体です。 そこからクモ (生物の) みたいな感じで 放射状に分布してますと。 そして、そこの1部をお借りして左上の図を見てもらいたいんですよね 何か白丸と黒丸が交互に来てますね 実は微小管は球状タンパク質のチューブリンが重合して、 管状になったんですよ その中でも、チューブリンは、 αチューブリンとβチューブリンとあります これが13本あるわけです 正直この13本て数字自体 言うて覚える必要はないと思います 覚 えたい方はぜひ覚えてください。 そして、実は微小管はめんどくさいことにマイナスとプラスがあります 重合しやすい方がプラス 脱重合しやすい方がマイナスになります 要は伸びやすい方がプラスってことですそしてマイナスはαチューブリン側なので では、次にモータータンパク質の方を見ていこうかなと思います 2種類ありますから。 モータータンパク質は頭のところとは多分言わないと思うんですけど 細胞小器官とかをくっつけ て移動してるんですよ そして微小管はキネシンとダイニンの2つのモータータンパク質があります これがマイナスからプラスの方向に輸送するのかプラスからマイナスの方向に輸送するのか これ一方向性があるんだと キネシンはマイナスからプラスダイニンはプラスからマイナス 覚えられない人は感情で覚えてあげて下さい キネシンのキは嫌いのキです そこから何かきっかけがあって好きになるんですよ。 ダイニンは大好き そこから何かきっかけがあって嫌いになるんですよ。 (ちなみに本人の雑談なんですがとある勉強アプリの方で関わった方がいましてその人大好 きだったんですけど何かきっかけがあってめちゃくちゃ嫌いになりました 今もめっちゃ嫌いで す) そして、最後に鞭毛と繊毛について9 +2構造 足して11にはしないで欲しいわけですけれども 2つでセットになってるのわかりますかね それが9個あって中に1つあるみたいな感じなんですよね ちょっと画像では不足みたいなところ がありますが、このような構造になってますと 9+2構造といいます 生命現象④細胞分画法・細胞接着 細胞分画法はかつての生物基礎の内容ではあったのですが 生物の内容に何かなっちゃった のでこちらで改めて解説します そして、さすがに細胞分画法だけで④を完結させるのは、あんまり嫌だなと ○番号のやつはあ まり大きい数まで使いたくないんですよ 表示が大変ですので ではやっていきます
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細胞分画法... 細胞を破壊して、 細胞小器官を分離して取り出すことを目的とするもの 実は、細胞分画法は2つあるんですよ それが今からやるのが分画遠心法 そしてもう一つがメ セルソンとスタールの実験で有名な密度勾配遠心法ってもの 今回は前者をメインにやっていくんですが一応両方やります。 細胞分画法は体積、大きいものから順に沈殿していくわけですけれども 質量とか密度も関わっ ては来てるんですよ でも基本体積って言う認識を持ってもらいたいです。 ホモ ジェナイナ スクロース溶液 2 "C. <等張液> ホモジェラート(細胞砕砂液) a<b< c<d 核細胞壁→ →ミトコンドリア b 小胞体、リボソーム ざっくり描きました この実験の手順を説明しながら、 注意するところ3つほどありますのでそこが意外と試験に狙わ れるんですよねなのでやっていきましょう。 まず、ホモジェナイザーと呼ばれる道具があります これが何のための道具かっていうと細胞を 軽く擦りつぶして破壊するんですよ そこで生じた細胞破砕液 (ホモジェネート) を遠心分離機にかけて遠心分離します 試験管とかをセットして遠心分離ってすごい回転させて回すみたいな感じです 注意点① 低温にしながら、 破砕液を作る 氷とかで冷やしながらって感じなんですが 細胞を破壊した際にリソソームっていましたよねこいつが破壊されたら、加水分解酵素が出て きちゃいますそうするとこいつによってミトコンドリアとかボコボコに分解されちゃいます(多分擬 音間違えてます。) だから、加水分解酵素の活性を抑えるために冷やしながらってことです あと、もう一つ破砕するときの 摩擦熱によってタンパク質が変性することがあります それを防ぐ ためにも冷やしながら行うって事は結構大事なんですよね。 ②そして、スクロース溶液ってありましたけどこれは後々このノートで浸透圧について解説す る際に出てきます 等張液なんですよ。 これで行います。 細胞小器官とかが水を吸い込むと破 裂しちゃう可能性があるんで。
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③緩衝液を加えて、 破砕液を作る 化学を習ってる方はわかりますよね pHの変化を和らげてくれる液体です 細胞小器官の持つタンパク質が変性しないようにするため 結果は、画像にある通り 核・細胞壁が最初に分離してさらに回転速度を上げるとミトコンドリアが沈殿してさらに回転速 度を上げると葉緑体が沈殿してもっと回転速度を上げると、 リボソームとか小胞体が沈殿しま す そしたら次は密度勾配遠心法を見ていきましょう メセルソンとスタールの実験ですごい有名なやつです これは構造体の大きさがあんまり変わらない場合にすごい良い方法になります 先ほどやった方法だとざっくり分けることができるんだけどさらに細かくやっていくと言う点で密 度勾配遠心法が用いられるんだなって感じです S スクロース 溶液 遠心分離 Jol 試料 バンド 大体実験の概要です まず普通のスクロース溶液を用意します それを長い時間かけて遠心分離していくんですがそ うするとスクロース溶液の中でも密度の高い部分と低い部分が出てきます その上にゆっくりと試料を乗せてあげます 今回で言うと細胞破砕液とかね 思いっきりやると スクロース溶液と混ざっちゃったりします せっかく密度の勾配を作った意味が全部パーになるの で 優しく乗せてあげてくださいね また、そこから遠心分離をかけますと それぞれの細胞成分がその密度に応じてくっつく輪っ かみたいなのを作るんですよねこれをバンドといいます。 そして、下側に穴を開けて細胞成分を回収していきます そして、ちょっとプラスαの知識として覚えて欲しいんですが DNAでは塩化セシウム溶液 RNA とかだと硫酸セシウム溶液ってのが用いられやすいです それでは次に細胞接着の方を見ていきたいなと思います
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細胞接着 (細胞間結合)... 細胞同士の結合のこと 細胞との間での情報とか物質の交換が、 実は細胞接着の仕組みで成り立ってるんですよね そ れが特に上皮組織の部分で発達しているって言う点で上皮組織を見ていこうと思います。 ちなみにですが、 細胞と細胞外物質の結合も細胞接着に含めますので 大きく3つの結合に大別することができます 密着結合 固定結合 ギャップ結合 そして、固定結合は、 さらに接着結合 デスモソームによる結合に分けられると M m FR) T ノギャップ結合 こちら上皮組織の細胞のくっついてる様子なんですが、 そこから見ていきたいと思います まずは、細かい接着タンパク質ではなくざっくりとした概要をつかんでから、 その後関与してるタ ンパク質を見ていこうと思います まず、密着結合から行くとイメージとしては、 細胞同士はアロ○アルファとかで隙間なく塗った後 イメージを持ってください あれめちゃくちゃくっつきが強いじゃないですか。 そうなんですよ。 接 着タンパク質によって小さな分子も通さないくらいがっつり密着してるんです そして、そこに必要な接着タンパク質がクローディンて呼ばれるやつですね これは細胞の表面あたりで行われていることです これがあることで、 細胞の中に存在している物質が隙間を通って体外に漏れることもないし逆に 体外の物質が入ってくることもない 固定結合は細胞同士の結合と 細胞と細胞外基質なんて言ったりするんですが要は外の物質 だと思ってくれていいです。 外の物質と結合する この2パターンを覚えてください とりあえず接着結合とデスモソームの結合は覚えてください まず、接着結合に関与するのがカドヘリンというタンパク質 イメージとしては 細胞同士のアクチンフィラメントをホッチキスで留めてる感じやっぱり骨格同 士のつながりですから強いですよね。 細胞と細胞をつないで、カドヘリンはアクチンフィラメントと結合するわけです
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もう一つ、カドヘリンがつながるタイプがあるんですよ 中間径フィラメントの場合この場合をデ スモソームといいます 中間径フィラメントって結構自由に広がってるからデスモソームと言うま とめ役が必要になりますね 中間径フィラメントとデスモソームと言うまとめ役が、 カドヘリンと結合してデスモソームによる結 合が成り立っているわけですね そして、細胞と細胞外基質を結合させるのがインテグリン そして細胞同士の固定結合に関しては、2種類あったとは言ったんですが 細胞外基質パター ンにも実は2つありますのでやっていきます インテグリンがアクチンフィラメントと結合すると接着斑 細胞と中間径フィラメントがあるとヘミデスモソーム ヘミは半分と言う意味 ここは試験に出にくいので言うて難しい事はやりません。 それでは、最後にギャップ結合を見ていこうと思います タンパク質はコネクソン(コネキシン)て言うやつです これは管状のタンパク質です 中が空洞に なってるって感じですね。 ストローだと思ってくれていいです だから、隣接する細胞の細胞質同士が直接つながるんですがイオンとかそういった低分子化合 物とかだとストローみたいになってるので、そこを通って物質のやりとりができますよね ただ、それだけでございます 生命現象 ⑤ 浸透圧・生体膜と物質輸送 ここでは、細胞膜とか細胞小器官の膜って実は同じなんだよなってところを見ていきたいなと思い ます その前に拡散と膜の話だけ先にさせてください 少し入れる ただの水 靚の絵の具 を溶かした水 こちらの絵ですが、めちゃ下手ですね こちら青色の絵の具を溶かした水がっつり濃い青色になってます
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そして、何の変哲もないただの水に少しだけ、 この絵の具を溶かした水を入れてあげます そうすると、 若干色が薄まって均一になったやつが出てくるんですよ これ何が起こっているかって言いますと 入れたところから時間とともにどんどん広がっていったんですね 濃度勾配に従って濃度が高いところから、低いところに向かって自然と広がっていったんです 実際にはこれ熱運動です このような感じで 粒子が熱運動によって濃度勾配に従い自然に流れる現象を拡散といいます そこで、青色のインクは周りに広がろうとする力が働きます 一方で、水はそれを薄めようとする 方向に働きます 膜について見ていきますね 溶液の中の成分によって通過できるものを通過できないものがあ る。この膜の性質を半透性と言います そして、この能力を持った膜を半透膜といいます 溶媒と1部の溶質は通過していいよ でも、それ以外の溶質 お前は絶対に通さないてやつで す 細胞膜とかがこの例に該当します これとは、逆に溶媒・溶質オールオッケー 通していいよ みたいなやつを全透膜といいます 細胞壁とかですね。 そしたら、次に浸透圧をやっていこうかなと思います 浸透圧... 半透膜を通して、 水が移動するときに生じる圧力 化学を習ってる方は聞いたことあるかなと思います 私だけかもしれませんが、普通に日常でも聞いたことあります 食塩水 16 透膜 化学の方でも同じこと扱うので化学を履修する生物選択者でまだ浸透圧習ってないよと言う 方 ちょっとラッキーですね 残念ながら、私の説明わかりにくいですがちょっとでも理解してくれればうれしいかなと思いま す。
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では見ていきましょう U字管と呼ばれるやつに片方はただの水もう片方は食塩水をぶち込み ます その仕切りとして半透膜があります そうすると、右の方見てもらいたいんですけど水とかの溶媒は通せますよね 一方で 塩化ナトリウムの分子が大きいせいで通れないです そうすると、水は塩化ナトリウムの方を薄めようとするわけですよね 左から右に行く水の方が量多いですよね そうすると結果として左側のただの水の方が、水面 が低くなって右のほうに行くわけだか食塩水のほうの水の水面が高くなるみたいなことが起こり ます そうすると液面の差が生じるよね こんな感じにねと そしたら、水面が高くなったところに上から圧力をかけて 最初のような状態にしたいしましょう てことで、上から無理矢理圧力を加えて 両方とも同じ水面の高さになるようにします 右側だけに圧力を加えて 何もしなければ放置しとけばね 水が移動するこの水が移動することを浸透なんて言い方を するんだけど浸透して液面の差が生じるよね でも、圧力を加えることによって 液面の差が生じなくなりました 水が浸透してくる力に対して上から押さえつける力 これがあるから浸透しなくなりましただか ら、この上から加えた力ってのが浸透圧に相当する力ってことですね そしたら、約束通り細胞分画法の時に出てきた等張液とはなんだろうかこれの正体を明かして いきたいと思います。 では、まず動物細胞をいろいろな浸透圧の溶液(=様々な濃度の溶液) に入れるとどういうことが 起こるでしょうか? 結論から言うと、 細胞の内外での浸透圧の差によって水が移動(=浸透) するから細胞の体積が 変化するんですね 例えば、細胞内よりも周りの方が物質の濃度が低い そうすると 薄めようと周りから水が入って くるから膨らむんですよね 膨張する。
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こんな感じで、水が細胞内に浸透して、 細胞体積が大きくなるような濃度の低い溶液を低張液 逆に細胞内よりも周りの方が物質の濃度が高い そうすると周りの方が濃いわけだから、自 分の中から薄めようと外側に水が出ていっちゃう こんな感じで水が細胞外へと浸透して、細胞体積が小さくなるような濃度の高い溶液を高張液 そして、水の出入りがなくて、 細胞の体積が変化しない溶液が等張液となります つまり、細胞の中と細胞の外で濃度が一緒ってことですね 416 もっと強い 高張液 低険液 しぼむ 赤血球 永らむ 細胞望 高張液 低張液 容血 膨圧 液胞 原形な分離 原形復帰 それでは、今からいろいろなものを高張液に浸していきましょう まず赤血球ですね 水が細胞外へ移動しちゃうのでこれはしぼんじゃいますよね 逆に低張液は水をどんどん吸水していくので膨らみます ただ、細胞内外での浸透圧の差が大きい場合は吸水した後に細胞の破裂があるとこれが赤血 球で起こる つまり、赤血球が水を吸って破裂する場合に、 ちょっと特殊な名前がついててこの現象を溶血と いいます 破裂すると赤血球内部のヘモグロビンとかが漏れ出すってことです それでは、植物細胞のほうも見ていきましょうか まず、植物細胞を高張液に浸してあげると 原形質の部分の体積が縮小しますよね 細胞壁は硬いので言うて変わりません 変わるのは細胞膜からだと思ってください。 これですね ちらっと言ったんですけど 細胞壁に関しては半透膜じゃなくて全透膜でしたよね 溶質・溶媒、両方とも通過していいよみたいなやつでしたね つまり、浸透圧は細胞膜に働くってことです だから細胞膜の内側がしぼむってことになりますね
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細胞膜が細胞壁から離れるみたいなことが起こります これを原形質分離と言います 次に、原形質分離を起こした細胞を低張液に浸してあげると 細胞が水を吸収することによって 元に戻ります これを原形質復帰といいます この時に働いてる力として、 細胞壁を押し広げようとする力があります これを膨圧といいます。 さてもうちょっと低張液に浸してあげたりあるいは蒸留水とかそういったもっと強めの低張液に 浸してあげると 膨圧は強くなりますよね 実際は、こんな現象が起こらないように、細胞とか組織って等張液で保存されてます 2種類有名どころを覚えてもらいたくて 生理食塩水圧とリンガー液ってやつです 生理食塩水は、動物の体液と浸透圧が等しいから、見かけ上の水の出入りが発生しないやつ リンガー液は、 生理食塩水の食塩の1部を他のやつに置き換えて緩衝液とかを加えるなどして より体液の組成に近づけたもの そしたら、メインディッシュの生体膜やりましょうか 細胞膜とか、細胞小器官の膜 こいつら、そういった膜全部同じなんですよこいつらを総称して 生体膜といいます 生体膜はタンパク質とリン脂質っていうものからなるんです もう一回 リン脂質には触れておき ます 999 999 へへ 888 8881 1886 868
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[親水性 疎水性 4 go こんな感じですね 水と馴染みやすい部分(親水部) 水となじみにくい部分 (疎水部)がありました 実際に、水の中とかだと、 下の画像のようにリン脂質の疎水部同士が向かい合ってます 生体 膜でもそうです。 リン脂質二重層にあってその中に膜を貫通するタイプとか表面に結合している膜タンパク質が点 在してるんですよね そして比較的自由めに動けるんでした。 さて、このモデルってなんて言いましたっけ? 流動モザイクモデルでしたね 生体膜にはいろいろな種類の膜タンパク質があるわけだけど その種類によってどういった物質 を通すのかっていうのが定まってます このような性質を選択的透過性と言いますのでこれは 覚えとくといいでしょう そして、リン脂質を通過しやすい物質と通過しにくい物質ってのも、ちょっと覚えてもらいたくて 窒素とか酸素とかだと比較的通しやすい 低分子だから あとリン” 脂質”と言ってる位なので脂 質ですよね 脂質に溶けやすいアルコールなども通しやすいです。 一方 タンパク質とか、そういった大きな分子とかは通しにくいです 後は極性があるもの 水と かアミノ酸とかそういったもの 後は、カルシウムイオンとかそういったイオン系 電荷持ってるものとか こういった通過しやすい物質はリン脂質を直接通って、細胞外から細胞内へやってきたりします これを単純拡散なんて言い方をします。
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一方で、通しにくいものは膜タンパク質の力を借りて入ってきたり、出て行ったりこれ促進拡散 と言う言い方をします 輸送グルグ チャネル、担体 ポンプ 88888888 8 8 8 8 8 8 8 8 899 99 * 8 8 8 8 8 8 X 484808 では、次に輸送タンパク質を見ていこうかなと思います ざっくりこのように書かせていただきました リン脂質の中に、タンパク質が組み込まれてる形になってますよね そこで青色でチャネルとか担体とか書いてあります そして、緑色でポンプと書いてあります これ、色分けした理由とはいずれわかります ちょっと生物特有の言い回しみたいなちょっとことがあるので説明します 濃度の高い側から低い側に向かって→濃度勾配に従って このように言います 逆に濃度の低い側から濃度の高い側に向かって→濃度勾配に逆らって
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<チャネル 外 ✓ ナトリウムイオンチャネル 9999999999 86668 ナトリウム & V V ポンプ 内 アクアポリン ガルコース輸送体 外〈担体 89% 999 <ポンプ No I ¥46999 999 X J V 888 その中でも、物質が濃度勾配に従って生体膜を通過することを受動輸送といいます 受動輸送に携わっている奴がチャネルと担体です チャネル... 通路が開いたり閉じたりすることによって物質の輸送を行う ただ、これ水分子だけを通すチャネルはちょっと特殊な名前がついててアクアポリンといいます こんな感じで、ゲートが開閉することによって、 浸透圧が生じるんですよね チャネルは濃度勾配に従って物質を輸送するんですよね ここで自然に流れていくようなものな ので、エネルギーなんてものは必要ないです。 カルシウムイオンチャネル アクアポリンなどなど まとめると、小さい穴みたいな通路があってそこを開閉することで、 特定の物質を移動させるの がチャネルです ただただ開閉するだけです 自然に物質が流れますから 担体 (輸送体)... 運搬する物質と結合することによって、 輸送体の構造が変化し膜の反対側に 物質を運ぶもの ただですね。 次気をつけてもらいたいんですよ。 ポンプ... 濃度勾配に逆らって物質を透過させるここで新しい用語がもう一つ出ます。 濃度勾配に逆らうタイプの輸送のことを能動輸送といいます で自然なタイプって受動輸送だから今度は無理矢理逆方向にやるんですよね つまりそのた めのエネルギーを必要とすると 画像でナトリウムポンプってあるんですけど、これが少しややこしくて ナトリウムイオンとカリウム イオンがあるじゃないですか ちょっと豆知識として覚えてください ナトリウムイオンは細胞外に多くてカリウムイオンは細胞 内に多いです
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このナトリウムポンプを使って能動輸送していくわけです だから、ナトリウムイオンは内側から外側へカリウムイオンは外側から内側へとしていくわけで すね これちょっと紛らわしいんですが 受動輸送は、自然に流れるから多い方から少ない方へ 能動輸送は無理矢理エネルギーを使って少ない方から多い方へ と、いうことです エネルギー言い換えるとATPですよね こいつを分解してナトリウムイオンとカリウムイオンを能 動輸送させるためのタンパク質として1つ覚えてもらいたいものがあって、 ちょっと名前長いんで すけども ナトリウム-カリウムATPアーゼと呼ばれるタンパク質がありますと それでは、この分野は終わりにします 生命現象⑥情報伝達に関わるタンパク質 皆さんは生物基礎の時にホルモンって習いましたよね その時になんて言えばいいんでしょうか 情報伝達するのに受容体と呼ばれるものがありますよね。 このホルモンAに対してはホルモンAだけの受容体があるよみたいな ホルモン A 人の体 こういうことですよね そしたら、今回は細胞と細胞の間で情報伝達ってどのようになされているのかってところを見てい きます ある細胞が分泌した情報伝達物質を標的細胞にある受容体で需要することで、情報が伝達され るわけです そして、この情報伝達物質のことをリガンド(シグナル分子)といいます で、これ意外と共通テストとかに出されそうと自分の適当な予測なんですが 受容体に関して “必ず”特異性があります リガンドと受容体が特異的に結合することによって情 報が伝達されてるってところです 皆さんがこれから習うのが1つ 今まで習ってきたのは3つ ホルモンのように、 血液にばってやってそれが標的細胞とか、標的器官に作用する内分泌型
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後は、 生物基礎でやりました。 抗原提示とかそういうの接触型って言ったりします 後は、神経とか 神経伝達物質と呼ばれるものを出して情報伝えていったりとかこれに関して は、4個目のノートで説明しますので、一旦ここでは省かせていただきます 生物基礎の免疫のおさらいは、この単元でやっていくので では、改めてイオンチャネル型受容体 こいつについて見ていきたいと思います 実は受容体って細胞膜の上に必ずあるとは限らなくてですね 一旦今からやるのは、細胞膜の 上側についている受容体みたいな感じです。 イオンチャネル型受容体... リガンドが結合するとチャネルが開くそうすると受動輸送が起こり、 それが引き金となって応答が起こるもの。 要は、リガンドが結合するとチャネルが開いて ナトリウムイオンとかカルシウムイオンが細胞の 中に入ってきて情報が伝わるってことです 次に酵素型ですね これはリン酸をくっつける酵素 キナーゼと呼ぶんですが 受容体にリガンドが結合するとキナー ゼ部分が活性化して基質に対して、リン酸をぺたってくっつけてくれます それによって情報が伝わるってことです そして1番の問題は、 Gタンパク質共役型 JL Gタンパク質共役型受容体 Gタンパク質 (不活性型) リガンド (不活性型) 外 内 細胞 活性型 α サブユニット 活性型 By複合体 Gタンパク質共役型受容体 (活性型) << 引用 https://medi-information.com/?p=1290 さすがに自分で書こうとすると、汚くなるので そもそもGタンパク質ってなんやねんて話なんですが 例えば、皆さんATP覚えてますでしょうか? 最初の5文字だけ アデノシン さて、このアデノシンってヌクレオシドの1種ですが構成要素としては何と何がありましたっけ? アデニンとリボースですよね 実はGTPとかが出てきます 実はアデノシンはアデニンとリボースですけど。 アデニンの代わり がグアニンのものをグアノシンって言うんです でGTPはグアノシン三リン酸 そしてGDPって言われたらグアノシンニリン酸となるんですが こいつらと結合するタンパク質を全部ひっくるめてGタンパク質って呼んでます
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あのGDPって聞くと、 国内総生産を思い浮かべる方いらっしゃると思うんですが、 全然関係はご ざいません それは政治経済の範囲ですから笑 私、他のアプリで生物と政治経済を教えてたんですがGDPって聞くと国内総生産の方が先に出 てきます 話戻りますね まずこのGタンパク質は仲介役だと思ってください受容体にリガンドが結合してGタンパク質が活 性化します GDPを離してGTPと結合するって感じですかね そうすると、 Gタンパク質は受容体から離れて酵素とかイオンチャネルに結合しますそうすると 酵素とかイオンチャンネルのリガンドみたいな役割をしてくれるので、また開いたりするわけです ね 酵素型は、 細胞膜を1回だけ貫通してます そしてGタンパク質は画像の通りちょっと本人忘れ ましたけど、家庭科の裁縫のあれで波縫いみたいなやつありますよね あんな感じです あれで7回ぐらい貫通してます。 そしてGタンパク質共役型は酵素とかイオン チャネル型を活性化させますよね 酵素の場合だとキナーゼの活性を引き起こしたりとか 反応によって、 セカンドメッセンジャーと呼ばれる分子を生成したりしますね では、ここで重要体の話は一旦終わりにしますと言いたいんですが、 免疫にかかりますので、免 疫もついでにやっておきます 生命現象⑦免疫 (生物ver) 皆さん免疫って覚えてますでしょうか? まず体にとって有害な体外環境の変化とか病原体から 体を守る仕組みのことを生体防御って言いますよね その中でも病原体に対するシステムのことを免疫って言いました 異物の体の中に入ってきて、それの侵入を防ぐためのやつただ万が一それでも侵入してくる奴 らもいるので、そいつらを排除しようって言うものです 大きく分けて、自然免疫と獲得免疫ってありましたね わかってる人はいいんですけど、忘れてる人はこんなことやったなって記憶を思い出せればオッ ケーです 特に自然免疫は食細胞っていう白血球で排除しようってやつとそもそも体の中に入れさせない 物理的・化学的防御なんてありますよね 自然免疫は先天的 簡単に言えば、 生まれつき持ってるものです そしたら、 生物基礎のおさらいも絡めてここから自然免疫を見ていきたいと思います より、生 物基礎の時より深ぼってやっていくって感じになりますかね ここではめちゃくちゃ長いことやります 自然免疫と獲得免疫をやっていきます 自然免疫ですね
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糸 好中球 マクロファージ 白血球 樹状細胞 リンパ球 1胞 T細胞 √NK * • He こんな感じで白血球って分類されるんですが 1番右の上側3つ 食細胞 の奴らが自然免疫の 主体となるやつです そんな中でも、よく例に出されるのは樹状細胞だのマクロファージだの 実は、その異物の成分とか存在パターン、そういうのを認識する受容体がありますTLR (パターン 認識受容体)といいます。 トル様受容体って言いますね。 このトルはTollと書きますが これドイツ語なんですけれども、日本語で言うと 「すごい良い」 greatですよね。 英語で言うとこの ドイツの発見者がこれを見つけたときにトル! と言ったらしいんですね それが名前の由来の1説だったりします これが食細胞の表面とかにあったりするわけです 実は、そのパターンってのは覚えて欲しいのは3つ ウイルスの2本鎖RNAとか後は、 細菌の細胞壁の主成分 なんて言いました ペプチドグリカン ですね 後は、鞭毛とかですかね そのような情報をキャッチすると病原体を認識します そうするとですね 核から遺伝子が発現してインターロイキンとかインターフェロン ケモカインな どを分泌します こいつらは、細胞の中で作られます それを出すんですが、こいつらをまとめてサイトカインとい います インターロイキンとかは1番重要だと思ってて 細胞の活性化とか増殖とか分化を引き起こすよう なものだと思ってください 今後もインターロイキンとか出てきます 免疫を使う上では絶対外せないようなものなので 今後この言葉が出てきてもいちいち説明をしませんのでよろしくお願いします 自然免疫については特に覚えることなんてほぼないです 生物基礎と新しく出てきたインターロイ キンぐらいは覚えといて欲しいかな じゃあここから皆さん絶望の淵に追い込んでいきますっ 生物基礎世界では 体液性免疫と細胞性免疫をひっくるめて獲得免疫って呼んでますよね 変 わりません。 それをひっくるめて
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ヘルパーT細 好中球 樹状細胞 7344) 情報 <扶原提示> 降 感染した知的 扶休 200ファージ こんな感じで書きましたね この画像めちゃくちゃ懐かしいです 実は、 体液性免疫は脾臓・リンパ節で行われているわけですよ 20 女 抗 秩序 キラーT細胞 形細胞 樹 B細胞 & MHIC クラスⅡ E TCR <投手> 活性化 異物 ヘルパーT細血 →記憶 CHIC クラス区 インターロイキン 可 可部 2 ○形 BCR ピトープ 抗体 AHSI 生物では、ここまでやります! これだけでも体液性免疫の容量ですね 難しいと言うより覚えることが多いってイメージがつきまとうかもしれませんね 抗原が樹状細胞のところに来ると食作用が始まってから始まるんですがね 勘違いしないで欲しいのは脾臓とかリンパ節で行われることが多いんだけど、 血液中も普通にあ ります それで、皆さんは 抗原提示って生物基礎絶対習ってます 樹状細胞がリンパ節のほうに移動して、 抗原の断片をみせびらかす 細胞の表面に出すって 言ったほうがいいですかね それで同じ物質を抗原として認識してくれるT細胞にみせびらかすんでした
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そこで新しく覚えて欲しいのが実は抗原の1部を乗せている分子 つまようじみたいなイメージ。 こいつのことをクラスIIMHC抗原といいます 画像では長くなっちゃうので少し略してますが。 一般にローマ数字で書くんですが、 ちょっと説明の時ノーマル数字で書きます このMHCは主要組織適合遺伝子複合体の略なんですが クラスに2と1ってあるんですよ 今回は2です。 2っていうのは樹状細胞とかマクロファージとか 細胞にちょこちょこあって細胞の外から取り込んだタンパク質の断片を提示して、ヘルパーT細 胞に認識されるもんなんだと 1の場合は赤血球以外の全部の細胞に存在していて、 細胞の中の自分のタンパク質の断片を提 示して、キラーT細胞に認識されるものだと思っておいてください そして、そのクラス2に載っているものを認識するT細胞の受容体がございます こいつのことを TCR といいます T細胞受容体ってことです。 抗原提示を受けると、ヘルパーT細胞は増殖したり活性化したりします そうすると出てってリンパ管とか血管のほうに移動します そして組織のほうに行って他の免疫細 胞の奴らを活性化させる いいですかヘルパーT細胞はゲームで例えるとバッファーです 盛り上げ役です そして1部は記憶細胞として体内に残る。 免疫記憶とかやりますよね。 そしたら一方で、 B細胞ルートだったらどうなんでしょう? B細胞にも受容体はあります この受容体をB細胞受容体ってことでBCRといいますこの部分で 抗原を直接的に認識することができます これは免疫グロブリンが成分です 生物基礎では抗体=免疫グロブリンとかでよかったんですけど、 理系だとそんな一筋縄ではいか ないんです あとこれも生物基礎では習ってないんですけど、 B細胞も食作用を行うことができますっ そして、 この断片をクラスII MHC抗原に乗せて 活性化したヘルパーT細胞に抗原提示を行います お前もかよって感じですが この時にB細胞がヘルパーT細胞を活性化させます そうするとですね。 ヘルパーT細胞側から画像ではB細胞だけになってますが、 インターロイキン を分泌することでいろんな細胞を活性化させます 他の免疫細胞とかいろいろね! そうすると、B細胞は分化 増殖して名前が変わります 形質細胞 (抗体産生細胞)ですね 1部 は記憶、B細胞として記憶細胞として残るんですが そして、名前の通り抗体を作ります 一旦下の世界にシフトしたので、もう一回画像を貼ります ね。 じゃないと、 画像のイメージを忘れてしまいそうなので作ってる本人も忘れてますし。 (本当は自 分のためです。)
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276 女 樹々の脱 異物CAB ヘルパーT細血 ヲ記憶 B細胞 Mric クラスⅡ & BCR CHIC TCQ <拡捉> 0320 活性化 インターロイキン クラス区 トープ 可部 ○形 松交代 抗体 のH錯 今、水色の形質細胞が出てきてあえて色分けしてるだけであって、 実際こんな色してません 抗体 覚えることがあります 抗体は4本のペプチド鎖からなってて 左右対象になってるんですよね そして、長いやつと短いやつがあります 長いやつは重そうなのでHeavyのH鎖 短いやつは軽そうなのでLightのL鎖 この2つのH鎖の間はジスルフィド結合によって結合してます 実は、これでも先端部分とそれ以外でアミノ酸配列って全然違ってて 先端部分のことを可変部 そうじゃないところを定常部といいます 大きく分けて抗体の役割は2つ ①オプソニン化、、、 抗原に結合してマクロファージや好中球による食作用を促進させること ② 中和、ウイルスや毒素とかと結合して感染力や毒性を失わせること ちなみに、オプソニンっていうのはパンにバターを塗るって言う意味らしいです(?) 全く関係ない。 私の私生活についてなんですが大体朝ご飯はマーガリンをパンに塗って食べて ます それでですね。 話戻りますよ その後、抗原抗体反応ですねこれもちょっと懐かしくないですか? やったな、、、 それってですね。 抗体が認識することのできる抗原の部位のことをエピトープなん て言い方をします 分泌された抗体が抗原と特異的に結合することでしたよね そうすると、 抗原が、 不活性化されたり、 食作用による抗原の処理が進んだりするわけです ここまでが体液性免疫の話でした
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ここからは細胞性免疫の話に入っていきます 好中球 樹状細胞 7341) ヘルパーT細か 情報 <扶原投手> 13 果物 17/11 感染した手に キラーア 我体 形 200ファージ こっちの画像で言うと、キラーT細胞ルートですね 好 樹状細胞 異物物 ヘルパーT細血 組織 ヲ記憶 MHIC TCR クラスⅡ <拡乃投手> 活性化 MHC 70 クラスエ オラーナ ざ硬 200← ファーン まと V 生物バージョンはこっちです 成 増 7285 9g パーフェリル グランザイム 今回、樹状細胞はヘルパーT細胞とキラーT細胞両方に抗原提示を行います やっぱりキラーT細胞もT細胞ですので、 TCRを持っているってことですね 樹状細胞は、クラス1も2も両方持てるんですよ ちなみにMHCの中でもヒトだけ特別にHLAな んて言ったりします ヒト白血球型抗原 でも、今回はMHCって言わせてください! 上側のルートは 体液性免疫の方で扱っているので割愛します そして実は抗原提示を受けただけじゃ キラーT細胞とかは確かに増殖とか活性化をするんで すがなんていうか不完全なんですよ。 なので活性化したヘルパーT細胞がインターロイキンを分泌して完全に活性化させたり、増殖 させたりします
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そうすると、 超本気モードの活性化したキラーT細胞が出てきます 1部は記憶細胞として体内に残ります そして、キラーT細胞はゲームで言うところのアタッカーです 感染細胞を直接的にやっつけま す。 ただ、これだとあんまよくわからないのでちょっと解説入れますね。 感染細胞は感染されてる立場としてどうしたいか 誰かに助けを求めたいわけですよ で、キラーT細胞助けてくれとクラス1のやつを出します ここから少しマイナーなお話ですので、覚えなくてもいいです キラーティ細胞はパーフォリンとグ ランザイムってやつを出します グランザイムが酵素です パーフォリンは感染細胞に貫通するチャネルみたいなやつになります このトンネルみたいなやつを作ってグランザイムが感染細胞の中に入ってきてDNAを分解す るわけです 以上が細胞性免疫の流れになります 生命現象⑦酵素I(酵素基本知識) ここから酵素を2回に分けてやっていきます まず、1回目で酵素の基本知識と種類 2回目で補酵素・透析実験・阻害について では、基礎知識の方をさらっていきましょうといってもですね。 生物基礎と重複する部分がござ います。 そして、生物基礎のおさらいもやりながら、 新しい内容を取り入れていく形でやっていくので おそらく、生物基礎で出てきたのはタンパク質が主成分となる触媒であると言う事 そして、酵素反応には、最適な条件が存在すると言う事 そして、新たに生物で出てくるのは基質と似たり寄ったりの構造でそういったものによっては邪 魔される可能性があるんだよということ 生物基礎のノートでも解説はさせてもらったんですが、 中学校の時の酸素の発生方法 薄い過酸化水素水に二酸化マンガン これで水と酸素が発生すると 化学反応式では2H2O2 →2H2O +Oz こんな感じであった で実際には、二酸化マンガンって化学反応を促進する役割を持ってるで自分自身変わってな い このような感じで、 自分自身は変化せずに、 化学反応を促進させるような物質を総称して触媒と いいます。 その触媒の中でも二酸化マンガンは、 無機触媒って言われるグループです 一方で、今から扱っていくのは酵素 (生体触媒) と呼ばれるものです 主成分がタンパク質の体で働くバージョンの触媒だと思ってください
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(中心) 活性部位 $1 S E B 酵 (Enzyme) (Substance) そして、下のほうにあるSと書かれたものこれが酵素の働く対象になります こいつのことを基 質といいます 言い換えると、 酵素の触媒作用を受ける物質のことです そして、この基質と酵素が合体することで 酵素-基質複合体と呼ばれるものを形成します そして、体内には、 本当にいろんな種類の酵素があるんですけれども 酵素の多様性って言う言い方をしましょう なんでこんなに酵素ってたくさんあるのか 胃の中で働くペプシンとか腸の中で働くトリプシンとか 両方ともタンパク質を基質とします ところが、環境が全然違うんですよ 場所によって環境が全然違うからその場所に応じた酵素 が必要になるよね そして、もう一つ原因があります 酵素と基質は鍵と鍵穴みたいな関係性なんです 基質と酵素 が結合する箇所の赤く塗られているところここのことを活性部位といいます こいつが特有の立 体構造をしているから 決まった酵素は決まった基質にしか働かないよと こういった。 決まった酵素は決まった基質にしか作用しないと言う性質を基質特異性といいます だから、ある酵素があったら、こいつにしか相手してくれないよってことです ただ今のは、普通に酵素と基質がちゃんと結合できるパターンだったんですけど 酵素と基質だけでは結合できない そういったパターンがあります その時に、活躍するのが補助因子と呼ばれるものです では、どのようにして反応速度を上げているのかってところを見ていきたいと思います
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遷移状態 エネルギー 酵素なし 反応物 酵素あり 生成物 反応過程 化学反応 ・活性化エネルギー 引用 https://idenwatch.com/seikagaku8-1/ こちらのグラフを見てもらいたいんですが 化学反応においては反応物が不安定な状態を経て 生成物になります この不安定な状態のことを活性化状態 そして反応物を活性化状態に持っていくためにはエネル ギーが必要になります これを活性化エネルギーといいます ちょっとイメージしにくいと思うんで、 言い方を変えますね グラフでは山みたいになってますよね つまりこの山を越えないと反応することができない。 そして、その山を超えるために、エネルギーが必要であって そのエネルギーが活性化エネル ギーってことですね それで触媒は、この山を下げてくれるんだとそうすると必要なエネルギーも少なくなりますよねと 酵素がある場合とない場合で活性化エネルギーの量が違うってのがわかりますよね 触媒は活性化エネルギーを変化させるんです 活性化エネルギーを小さくしてあげることによっ てこういった反応物は簡単に活性化状態になれる よって反応速度が上昇するってことになります もう一つ、グラフを見てもらいたいんですね
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反応速度 酵素 普通の 触媒 低温 最適温度 高温 ペプシン インベルターゼ アミラーゼ トリプシン 反応速度 2 LO 5 7 8 pH 引用 https://kimika.net/y2koso.html#google_vignette 一般に、無機触媒であるのであれば化学反応の速度って高温になればなるだけ上昇はします
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ところが、酵素って主成分なんでしたっけ? タンパク質ですよね。 タンパク質のところでやったんだけど、 高温になると立体構造が変化してしまって、 活性を失うん ですよね 失活と言いました。 上のほうのグラフを見てもらいましょうか 実は酵素によって異なるんですが 酵素には最適なコ ンディションってのがあります。 反応速度が最も大きくなるような温度のことを最適温度 そして、反応速度が最も大きくなるようなpHのことを最適pHと言いますよってことです 上側のグラフは最適温度を表しているんですが、 赤色の線で書かれているところで、最大値を取 るところですよね そして、下側が最適pH ペプシンとかだと2だけどトリプシンとかだと8になってますよねこの ような状況ですごい働きやすいよねと そしたら次に酵素の種類を見ていきたいなと思います DNAポリメラーゼ RNAポリメラーゼ 100本分解酵素 「酸化還元酵素 合成酵素 カタラーゼ アミラーゼ コハク酸脱水素酵 ペプシン トリプシン DNA分解酵素 リパーゼ セルラーゼ 47P-P リゾチーム ピルビン酸脱炭酸酵 転移酵素 思いつく限りたくさん書いてみましたけど アミ基転移酵素 (トランスアミナーゼ) 特に全部解説しますけれども 1個1個はやりませんけど 覚えて欲しいものみたいなのをざっくり画像の方で書かせていただきました そこで、覚えるべきは、加水分解酵素と、 酸化還元酵素ってやつです その他のやつは、 余裕があれば覚えるって感じで大丈夫です 実際には、もっともっとたくさん酵素はあるんですけど、 その代表例としてこいつらを選抜しました まず、おそらくこの中で1番重要といっても過言ではない加水分解酵素を見ていこうかなと思いま す これは化合物に水が加わることによって起こる分解反応を触媒してくれるよってものです
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画像にはアミラーゼとかセルラーゼとかそのようなものが書かれてますけれども 他にもマルターゼとか、スクラーゼとかそういったもの 全部炭水化物を分解する酵素に入ります そして、ペプシンとかトリプシンとかありますがこいつらはタンパク質を分解する酵素ですね。 そして、リパーゼ これ中学理科以降であんまり見ないような気がしますよね こいつは何を分解 する酵素かって言ったら 脂肪 脂質 つまり 炭水化物 タンパク質 脂質 こいつらは3大栄養素に入りますよね 3大栄養素分解す る酵素ってのは全部加水分解酵素に入ると そして、もう一つ覚えて欲しいのは、ATP分解酵素ね ATPアーゼと言うやつ その中でも特に覚えて欲しい奴ら まず、炭水化物分解酵素系 こいつは、アミラーゼとマルターゼとセルラーゼ アミラーゼは、デンプンをマルトース ( 麦芽糖 ) マルターゼは、マルトースをグルコース(ブドウ糖) そしてセルラーゼは、植物の細胞壁の主成分であるセルロースをグルコースにする 次に、タンパク質分解酵素は2つ覚えてください ペプシンとトリプシンです これ名前が違うだけで、役割は一緒でタンパク質を分解してポリペプチドを作る もっとちゃんとした言い方で、 ペプチド鎖の特定の所のペプチド結合を切断するってことになりま す そして、脂肪分解酵素はリパーゼだけ覚えてくれればオッケーです 脂肪をモノグリセリドと脂肪酸に分ける そしたら、次は酸化還元酵素というものです これは名前の通り、 生物体内の酸化反応や還元反応を触媒するものです これは今後呼吸とか発酵をやっていくときに出てきます このノートで、この2つはやりますので 一応現在酵素ってのをやってますがこの酵素が終わったら次 代謝についてやります その時 に出てくるのが脱水素酵素 脱水素酵素 (デヒドロゲナーゼ) 後はカタラーゼですね カタラーゼは、 生物基礎の酵素で初登場しました 過酸化水素を基質として働いて水と酸素が生じますよと 脱水素酵素に関しましては、 代謝の方でまた出てきますのでその時に説明します。 今単体で 説明してもよくわからないと思うので そして、次に合成酵素ですね これもやっぱり名前の通り分子を結合させる酵素です。 DNAポリメラーゼとRNAポリメラーゼとありますこれそもそもポリメラーゼってのが合成酵素って 意味です。 これに関しても、 遺伝子の分野で扱っていきますのでここで直接的に解説するって事はしませ ん。
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次に除去酵素 (リアーゼ) ですねこれは特定の原子の集団を取り出す そして、転移酵素 トランスアミナーゼとかが例になるんですが別の物質に特定の原子の集団 を移動させるものになります。 除去酵素とか転移酵素はちょっと難しめの知識になりますので、ここで名前だけ覚えてくれれば いいかなと思います ただ、トランスアミナーゼに関しては窒素同化の時に出てきますので 生命現象⑧酵素II (補助因子・透析実験・阻害) 酵素は、タンパク質だけからなるものもあるんだ ペプシンとかが、 これに該当しますね だけど、タンパク質以外に低分子の物質が必要になるってのもあるんだよなってところ こんな感じで補助してくれるような低分子物質の事 ほとんどがビタミンB群って言われるやつで すこれを補助因子と言いましてこれが補酵素と呼ばれるものと補欠分子族と呼ばれるものに 分けられます 補助因子は酵素の働きをサポーティングしてくれるものだと思ってくればオッケーです そして、こういった補助因子を必要とする酵素の本体の事をアポ酵素と言いますよと 補酵素 こういうことです アポ酵素 この補酵素があることで基質と結合することができてる ちなみに、アポ酵素+補酵素の状態のことをホロ酵素といいます この状態で、やっと酵素の働きが見られるんだと ちなみに補酵素はタンパク質ではない そし て比較的ゆるゆるにつながってるものだから 酵素と簡単に離れたりもすることができるし、くっつ いたりもすることができる 可逆的に結合することができると言っておきましょう タンパク質と違って、 熱に対して強いんですよ そしたら、次に透析実験を見ていきたいと思います この透析実験は、大きい分子と小さい分子を半透膜を使って離す 分離する操作になります。 半透膜の代表例としてセロハンと言われるやつを使います
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D D 半透膜 外液 酵素液 半透膜 外液 ヒ 十 三性あり! では見ていきたいと思います 半透膜は溶媒は通すけど、溶質は1部しか通さないんですよね 実際穴みたいなのが空いてる 感じで大きいものは通せないけど、 小さいものは通しちゃうよみたいな。 そうすると、アポ酵素は大きいから通れなくて 補酵素は低分子だから通ることができます まず、ビーカーなどに外液を入れまして 酵素液を入れた半透膜の袋をこの中に入れて行きます そうすると 補酵素は外液のほうに移動します そして2つ、 ビーカーを用意して片方には半透膜の中の液体を もう片方には、外液を入れますこうやって分けることができますよね。 これが透析と言うやつで す。 現在の中身ってのは 半透膜はアポ酵素 そして外液は補酵素です 外液のほうは、一旦加熱しておきます 加熱が終わり次第 この両方をもう一回混ぜ合わせます そしたら酵素の活性が見られるので このことからアポ酵素は主成分がタンパク質だから、熱に対して弱いけど 補酵素は熱に対して 強いってことがわかります そしたら最後に酵素の阻害ってことを見ていきたいと思います ここで競争的阻害と非競争的阻害を見ていきたいと思います 競争的阻害活性部位に阻害物質が結合することによる酵素反応の阻害 皆さん、とりあえず適当なイメージで 酵素を赤ちゃんだと思ってください 活性部位はおしゃぶり です。 要は、本来口に加えたいものがあるのに、別のものを加えちゃったせいでおしゃぶりが加えられ ないよって
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こんな感じのものが競争的阻害です 実際には基質よく似た構造のもの (競争的阻害剤) が結合 して でも、これって本来の基質ではないですから反応を邪魔してしまうんですね 一方で、皆さんに覚えてもらいたいのは活性部位以外のところに結合するパターン 酵素の中には 基質と結合する活性部位だけではなくて他の物質が結合するアロステリック部 位と呼ばれるものを持ってる奴がいます こういった酵素をアロステリック酵素といいます S 活性部位 結できない S 2X E プステリック 郵位 フィードバック調節 97 画像で書いてみると、こんな感じです 下側にアロステリック部位がありますね ここに別の物質がくっつくと 活性部位の立体構造が変 化して基質と結合することができなくなります ちなみにアロステリック部位から別の物質が離れると また元通りになるから結合可能ってこと です こういったアロステリック酵素がいることで、 生物ってのは酵素反応をうまい具合に調節してるん ですよ まずフィードバック調節のところを見てもらいたいんですが 反応して生成物ができてますよね そしてこれが新たな酵素とくっついてまた新しい生成物を 作ってみたいなことを繰り返してるんですね そして、基本的にアロステリック酵素って言われたら、 酵素反応系の最初の反応を触媒するパ ターンが多いよって この画像みたいな感じで そして、反応系の1番最後に出来上がった生成物 (=最終産物) がアロステリック部位に結合して 活性部位の立体構造を変化させてアロステリック酵素の反応を停止させます 1つ目の反応が止まってしまえば、次も次も 全部できなくなっちゃいますよね
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理由としては、最初の方で基質となる物質を作ってたのにこれが作れなくなっちゃうからです こんな感じで、 反応系の最終産物が反応系初期に作用する酵素を阻害(フィードバック阻害) し て、最終産物の量を調節しましょうよってことをフィードバック調節といいます 結果 (=最終産物) が原因 (=最初の反応) に作用して調節しているってことですから また、フィードバック調節のように、 酵素の活性部位”以外”の部分に阻害物質が結合することに よっての酵素反応の阻害を非競争的阻害といいます 生命現象⑨代謝の基本知識(生物基礎) ここもやはり生物基礎っぽい内容になります 酵素の基本知識の時は 生物基礎 + αの新しい知識が入ってきましたが、ここはもう まんま生物 基礎です 代謝... 生体内で見られる化学反応の総称 物質の合成や分解など 体内では、常に何かしらの物質が合成されたり、 分解されたりしてるわけですよ 司化 coz 化 C₂ Coltoo 6 単純 複雑 単純 "ATP ATP こんな感じで代謝はエネルギーの出入りが伴うんですね まず、赤色のところで囲まれてるところ 体の外から取り入れた物質を必要な物質に作り替えるっ て言うフェーズになってます ここではエネルギーは吸収されるんですね。 このところを同化 Ex) 光合成・窒素同化 逆に、体の中の物質を分解して、 生命活動に必要なエネルギーを取り出すってフェーズが青色 の所こっちは逆にエネルギーを放出する反応になってます これを異化といいます。 Ex) 呼吸・発酵 生物基礎ではどういったことを扱っていたかって言いますと、 光合成と呼吸です それもだいぶ ざっくりとしたものこの理系のノートではそのプロセスをもうちょっと詳しく見ていく + αで、 窒素同化や発酵とか、光合成の中でも植物とかじゃなくて、 原核生物が行うものを見て いくことになります
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そして、生命活動に必要なエネルギーはATP (アデノシン三リン酸) と呼ばれる物質に蓄えられて いて すべての生物がこういったATPと呼ばれるエネルギーを利用して、 生命が成り立っている んだよなってと ATPの構造を見ていきましょう アデニン [リボーズ] ハリン酸 ~リン酸 リン酸 @ ② 十三リン酸 アデノシン ATP アデノシン三リン酸 左側からアデニンと呼ばれる塩基 リボースと呼ばれる糖 そしてリン酸3つ分ありますと そして、アデニンとリボースが、くっついた状態のことをアデノシン こういった物質に、エネルギーを蓄えているんだけれども じゃあどの部分にエネルギー蓄えてる んですかって言ったら 生物基礎を履修されてる方で、このノートを見てる方はもう余裕ですよね リン酸同士の結合部分ですここにめちゃくちゃ膨大な量のエネルギーを溜め込んでるんですよ ね。 この部分なんて言いましたっけ? 高エネルギーリン酸結合でしたよね どうです? 忘れてる方思い出してきましたかね エネルギーが必要になったときにどうするかリン酸の結合を1つ外してあげればいいんでした そうしてできたものがADPですね! そして、ADPからATPに戻すこともできますよと そして、ATPはキャッチコピーみたいなのがありますよね エネルギーの通貨でしたね 生命現象 ⑩ 異化I 発酵 ここから本当に苦手な人が多いので個人的に生物の中でも多分 難易度四天王には入るん じゃないかなと思います ちなみに、個人的に生物の中で四天王に入ると思ってるのは 発生 植物の環境応答 遺伝子 代謝 なんですよね そのうちの1つですので、噛み砕いて説明します
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生物で扱う異化は2つ 呼吸と発酵って言われるものです この2つの反応って異化ですので細胞の中で有機物を分解してATPを合成するってものになり ます。 特に、呼吸に関しては肺とかエラのような呼吸器で行う 酸素を取り込んで二酸化炭素を放出 するっていう反応 (外呼吸) とはまた別に区別されて言われるものです この呼吸と発酵ってめちゃくちゃ似てるんだけど、 何が違うのかって言われたら 呼吸は酸素を用いて有機物を完璧に酸化して 効率的にATPを合成するもの反応のほとんど がミトコンドリアで行われる 発酵は、酸素を使わずに不完全に有機物を酸化するんですね 得られるATPはめっちゃ少ない です。 そして発酵に関しては細胞質基質だけで行われる 発酵は基本的に酸素がない条件のもとで、 有機物が分解されるから そこで、最初に扱っていくのは、後者の発酵ってやつです この発酵は大きく分けて2つ 乳酸発酵とアルコール発酵ってのやっていきます では見ていきましょそしておそらく生物基礎ではちょっと難しめの単語で出てきた。でも、生物 では平然と出てくる単語があります。 呼吸基質... エネルギー源として用いる有機物 呼吸で分解される物質だと思ってくれればいいで す 発酵の中でも、 乳酸菌等がグルコースから乳酸って言う物質を生じる発酵 これを乳酸発酵とい います 2ATP- CHO(グルコース) →1-2NAD 脱水事酵素 2WADH+H+→4/ 2CH4O(パルビン酸)還元 解糖系) Cotto C, (乳酸) 6 グルコースを呼吸基質として利用したときに グルコースは大体はんぶんこにされてピルビン酸と呼ばれる物質が2分子できます その際に画像に書かれていますNADとこいつは脱水素酵素の補酵素 役割は、漢字のごとく水素を引っこ抜くみたいなことをするんです ここでグルコースとピルビン酸は、 化学式をちょっと覚えてもらいたくて
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グルコースはC6H12O6です そしてそれを大体半分こにしたピルビン酸の化学式はC3H4Ogなんで すよ このピルビン酸を2つ分 (2mol) これ合わせたとしてもCHOになっちゃいますよね 水素4つ分 消えちゃったと 実は消えてるわけではなくて 脱水素酵素の補酵素の野郎が 水素を4つ奪っちゃったんです これ呼吸にもこの過程出てきますので、 覚えて欲しいんです グルコースからピルビン酸が生じる過程のことを解糖系といいますここで2分子のATPを消費し て4分子のATPが得られます つまり (-2)+4なので2ですよね。 つまり差し引きで2分子の ATPが得られます。 そしてこれ呼吸でまた詳しく出てくるんですけど、 電子伝達系って言う部分があります ここでこの 4つ分の水素って消費されるんですよ。 でも、発酵に関しては、ミトコンドリアが言うて関与していないのでじゃあこの水素どうなっちゃう ん? 酸素がない条件下だと 電子伝達系働きません そうするとこの水素たち 行き場を失います だから、この4つ分の水素ってピルビン酸にくっついてでもピルビン酸2つありますから、半々で すよ てことで片方のピルビン酸に水素が二個 他方のピルビン酸にも、水素が2個くっつく これによって生じた物質が乳酸です と言う事は、 化学式は水素2つプラスしてあげればいいだ け。 C3H4O3 こいつに水素2つプラスすればいいからC3HO3となるわけですね そして、この乳酸発酵と同じような反応って動物細胞でも行うことができます その場合ちょっと特 殊な名前ですが解糖といいます。 例えば、皆さんがマラソンとかで全力ダッシュをかましてゴールした頃には足に何かが入ってる ようなそうなんです 酸素が足まで行き渡らなくなっちゃうから 乳酸発酵を行ってるんです そ の結果、乳酸が溜まるから 動きにくくなるんですよ それでは、もう片方の発酵酵母とかが酸素がないような条件のもとでグルコースからエタノー ルを生じる発酵をアルコール発酵といいます
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2ATP- CoHiO(グルコース) -2(NAD) 5:2 NADH TH 4H 脱水事酵素 2CH. 2CM(ウェビン酸) 2Coz C2H4O (アセトアルデヒド) (エタノール) さっきの図に、いろいろ付け加えてみました 乳酸発酵の所の乳酸の部分を消して、アルコール verに書き換えただけではございますが まずピルビン酸ができるまでは変わりません そのできたピルビン酸から脱炭酸酵素っていうも のがあったらきます。 そこで2分子の二酸化炭素が抜けるんですね。 すいません画像のところ直せないのでちょっと訂正です アセトアルデヒドの所の化学式が 係数 に2がつきます 2分子の二酸化炭素が抜けると、 2分子のアセトアルデヒドが生じるよと この2分子のアセトアルデヒドに対して 先ほど取り除きました。4つ分の水素を結合させます。 それによって生じた物質がエタノールです そしたら 発酵の最後として、 アルコール発酵の実験を見てみましょう キューネ発酵管と呼ばれる道具を用いて行うものです https://biology-manabiya.net/wp-content/uploads/2019/06/299661e48eafde4a27cf36de1926 acbc.jpg こちらのサイトでも解説はしてあるんですが個別にこちらでも解説はします。 イラストが見つからなかったので、こちらのサイトをぜひ参考にしてみてください な感じです まず、キューネ発酵管の中に酵母をすりつぶした液体+グルコース溶液 グルコース溶液の代わりにブドウ汁が使われることもありますし、酵母すりつぶした液体の代用 としてドライイーストなどが用いられることもあります そして球部のところに 綿栓やアルミ箔を詰め込むような形でやります ゴム栓とかですと 気体の発生によって飛んじゃう恐れがあるからね。 そしてしばらく30℃程度で保温しておくと 盲管部のところに気体が発生します これはシンプル に知識として押さえて欲しいんですけど二酸化炭素です。
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そして、この二酸化炭素は水酸化ナトリウム水溶液とかに溶けます 中和ですね。 なのでキューネ発酵管の中に、 水酸化ナトリウムとか、あるいは水酸化カリウム水溶液を入れて 軽く振ってあげると 指が吸い付けられるような そんな感覚を味わうことができます 二酸化炭素が溶けるからです そして、次にエタノールですね ヨードホルム反応 どちらかと言うと化学の内容ではあります 塩基性の条件のもとでヨウ素ヨウ化カリウムを加えて60℃に温めてあげると黄色の沈殿がどうや ら生じるようです 本人ですね理科4分野ある中で 圧倒的に1番できないの化学なんですよ なので詳しい事はよく わかりません。なので、 身近な化学が得意な大人に聞いてください そして酵母は酸素がないとアルコール発酵を行うんだけど、 酸素がある場合はアルコール発酵を 抑制されます だから呼吸を行うってことです。 酸素がたくさんある条件のもとで、こういった進行が抑制されるよとこのようなものを発見者にち なんでパスツール効果といいます 酵母はアルコール発酵もできるし、呼吸もできる なんでかと言えば 生物基礎の時に嫌になる位言われたんじゃないですかね 〇〇菌のほとん どは、原核生物だけど 酵母は真核生物でしたよね つまり、 真核生物って事は発達した細胞小器官を持っているミトコンドリア 呼吸と言えばミトコ コンドリアです ミトコンドリアを持ってるから 酸素がなくてもエネルギー獲得できます ただ、 発酵の場合は、しょ うがなく少量のエネルギー作ろうぜって 酸素があれば、呼吸を行って、 エネルギーを効率よく獲得することができるんだと こういうことでした 生命現象 11 異化II 呼吸 さて呼吸は3つのフェーズがあります それは発酵にも1つ共通するところありますよね。 解糖系ですね 呼吸のほとんどはミトコンドリアで行われるんだけど 解糖系だけはミトコンドリ アで行われるものではない どこで行われるのかって言ったらサイトゾルです 解糖系は大丈夫ですね 1分子のグルコースを分解して、 2分子のピルビン酸にします。 実は、 発酵の解糖系と呼吸の解糖系 全く同じものなので、説明は割愛します 2分子のATPが得られるってところは押さえといてください 先にここで軽くお話しさせてください この分野めちゃくちゃ難しいです これがなんでかつったら おそらく大体の人がNAD + FAD いやお前ら誰やねんみたいになるからなんです 逆にこいつら覚えちゃえばかなり難しいが、 ちょっと難しいになるかなと思います こいつらの役割は
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基質から水素をカツアゲして別の物質にカツアゲした水素あげますよ それか、そのカツアゲした水素由来の電子あげますよこれだけです。 といっても難しいと思うんですけど、脱水素酵素 読んで字の如く 水素を奪う酵素です アポ酵素 補酵素 これ先ほど使った図なんですけれどもこのタンパク質の部分 俗に言うアポ酵素 こいつだけで は働いてくれないんですよね だから 補酵素という酵素の働きをサポーティングしてくれるものが必要だ てことで、このアポ酵素と脱水素酵素の補酵素が合体することで活性を持つようになる そして、活性を持つようになったホロ酵素の状態これがまさに脱水素酵素なんですね この脱水素酵素に基質が結合すると 生成物が生じます その際にNADっていう補酵素は基質 から水素を2つ奪いました なので、この水素を奪った状態の名前をNADH +H+といいます NADに水素がくっついたから、 ちょっと名前は連想しやすいですよね そして、他の物質に水素とか電子を渡してしまうんです 電子ってマイナスですよね。 そもそもがどういうことこいつを渡して失ってしまった。 プラスにな りますよね。 この渡した後の状態がNAD +となります では、脱水素酵素の説明はこの辺にしといて 次に行って行きますね それでは、第二段階のところを見ていきます クエン酸回路ですね。 クレブスさんによって発見 されました。 めちゃくちゃ単純に言うと、エネルギーを作り出すシステムです そしてプロセスで見ると、 水素回収場です 解糖系によって生成されたピルビン酸に関しては 酸素が存在する条件のもとでクエン酸回路 に進みます ちなみにですねこれ矛盾してるんじゃないかということを今から言います。 酸素が存在しない場合は進行しません だけど 酸素を消費しません。 そして、人に教えてて思ったこと 細かいところを見すぎて、結局何を覚えればいいのかわから ん。そんな状態に陥ってる人を見てきました。
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NAD T NADH TH f Coz ピルビン酸 アセチルCoA Co C+ C 3 → C2 NAD T -C4 Ca Co₂ FD FAD こんな感じで書いてみました めちゃくちゃ単純に書いちゃいましたけど まずこれ行われている場所どこでしょうか? ミトコンドリアの中のマトリックスってところです。 そして、クエン酸回路は 回路の1番最初の段階でクエン酸が作られるかクエン酸回路といいま す ピルビン酸の状態から、どんどん酸化していくわけです つまり水素とか電子を「お前よこせよ」と カツアゲしていくわけです そして、呼吸と言えば、 二酸化炭素が生じるで有名ですよね 実は二酸化炭素が生じるフェーズ はクエン酸回路です。 これはちょっと覚えてください。 だから、二酸化炭素をどんどんどんどん放出していくわけです 水素とか電子が奪われるところ 二酸化炭素が放出されるところこれ1番重要ポイントです ピルビン酸は水素とか電子をカツアゲされます そしてそのカツアゲした本人は、脱水素酵素の 補酵素なんです NAD +です。 そして、ピルビン酸から脱炭酸酵素によって二酸化炭素を奪われて生じた物質がアセチルCoA (活性酢酸) と呼ばれるものです これ読み方気をつけてください 最後のアルファベット3文字のところは「コーエー」と読みます だから、脱水素酵素の補酵素と、 脱炭酸酵素のダブルパンチで、ピルビン酸からアセチルCoAが 生じるってことになりますね
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2C3H403 2 (NADH+H*)<2CD2 活性酢酸 内膜 外膜 オキサロ酢酸 C4 2 (NADH+H) 2H2O リンゴ酸 C4 C6 クエン酸 2CO2 -2 (NADH + H+) 5 α-ケトグルタル酸 2H2O2H2O 12CO2 2 ATP 2(NADH+H*) フマル酸 C4 C4 コハク酸 2 (FADH2) Point クエン酸回路: (2C3H403)+(6H2O)+8NAD+ + 2FAD → (6CO2)+(8(NADH+H+))+(2(FADH2)) + (2ATP) 引用 https://www.try-it.jp/chapters-15009/sections-15053/lessons-15068/point-2/ クエン酸回路はクエン酸 (イソクエン酸) αケトグルタル酸 コハク酸 フマル酸 リンゴ酸 オ キサロ酢酸といろいろ出てきますが 気合で全部覚えてください 順番通りに何回も呪文のように口に出して覚えてください 電車に乗ってる時も、通学中にも寝る前にも何回も言えば覚えます ちなみに私は多分全部 言えます。 ※イソクエン酸に関しては覚えなくてもいいが、覚えといたほうが得である では、本題に戻りまして アセチルCoAの状態で回路に入っていくわけですが オキサロ酢酸って言うものと反応を起こし て生じる物質がクエン酸ですね そして、画像を見ると、 二酸化炭素とか何かいろいろ出入りしてますなこれほんとにざっくりで オッケーです ではやっていきますね まず、アセチルCoAとオキサロ酢酸が反応してできるって事はこれCみたいになってると思うん ですが これ足し算すると6になりますよね てことでクエン酸はCですねここは自明ですかね ちなみに、この書き方は、 炭素の数だけに着目したものになります
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ここからが問題です さて、クエン酸回路の主な目的って何でしたっけ? 水素の回収場です。 そして、これに関与してるもので覚えて欲しいの4つ やっぱり1番の主な目的である水素 そして人体に欠かせない水と二酸化炭素 そしてエネル ギーがなくちゃいけないから、ATP 水素と水と二酸化炭素とATPの4つに関して覚えてもらいたいなってことです 一旦自分でもクエン酸回路お絵かきしてみたいと思います 4色使います 青→ 水が入ったりするところ 赤色→二酸化炭素が出たりするところ 緑色→ ATPが出たりするところ 紫色→水素が抜かれているところ クエン酸回路 7244CA (C: オキサロ クエン酸 ④ 〆グバグル 0 リンゴ © 2H.C 211,C. 2/10 C " マル酸 コハク酸 まずまだこれ未完成ですよ これから1個1個説明するのにどんどん完成していくものになります 私の場合 ちょっと書き方が特殊かもしれませんが、 六角形状に書きます では、最初水の出入りから見て行きたいんですがこれわかりやすくないですか? そうなんで す。てっぺんに書いたら1つ飛ばしずつ水が供給されてるんですね と言って申し訳ないですが 完成させちゃいました。
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クエン酸回路 フェイCA C: オキサロ クエン酸 C MAD L NAD 72 〆のバグル リンゴ © 21.C 211,C 2/10 @ コハク酸 ATP Cu フマル酸 FAD 完成形はこんな感じになります。 ちょっと字が汚くて申し訳ないですが 実際これ私ですねそのまま暗記しちゃってます。 二酸化炭素が出るところもATPが出てくると ころも全部暗記してます これどういう風に覚えてるかってことを Clear民にはすごく優しくしてもらってるんで バラします! まず、 二酸化炭素は2カ所 クエン酸→αケトグルタル酸のところ αケトグルタル酸→コハク酸のところ 2連続でポンポンと来てます この時に炭素の数を見てもらいたいんです。 1つずつ減ってます よね! ということで、二酸化炭素が抜けた結果、 炭素が1つずつ減ってるってことなんです だったら、これ二酸化炭素の抜ける場所覚えられそうじゃないですか? では、次行きますね ATPが出ていく場所は1カ所だけです。 これは水が入ってくるところと二酸化炭素が出ていくところと共通しますよね αケトグルタル酸からコハク酸になるところだけは全員集合なんです だから、ここだけATPが放出されるってところを押さえといてください この時に放出される分は2分子です そしてですが脱水素反応が行われているところは ATPの場所を覚えれば1つ特別な覚え方 ATP基準に自分の所 両脇のところ 対角線になってるところ そこだけですこの時のATP合成のことを基質レベルのリン酸化といいます そして、脱水素酵素に関してなんですが コハク酸→フマル酸 ここだけ違う脱水素酵素がいるんですよ FADですって
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これは、覚え方としてはフマル酸の直前ですよね フマルのフはFのフだ! みたいな感じで私 覚えてます でも、正式名称として、 FADは正式名称覚える必要あんまないですけどフラビンアデニンジヌク レオチドといいます これもちょっと雑な覚え方って 多分皆さんに合うかはわからないんですけどちょっと手助けみ たいな感じで使ってみてください それでは呼吸のラストステップ 電子伝達系について見ていこうと思います 外膜 14+ 獏問腔 膝 @f SAPP Hea まずは、ざっくりなお話をしてその後結構細かめのお話をするってやっていこうかなと思います ここでやる事は、 脱水素酵素を利用してATPを合成するってところです そして、ミトコンドリアの内膜で行われるものなんですけれどもこんな感じで、 タンパク質がいくつ か辛なったようなもの、タンパク質複合体と呼びましょうか こんな感じであるんですよね とりあえずこのタンパク質度は何かしら何かやんだろうなって思っといてくればいいです このタンパク質は、脱水素酵素の補酵素から電子を受け取る役割があるんだと だからその際に水素イオンが生じるんですね ポンプとして働いてるんですけど、 プロトンポンプ といいます。 水素イオンのことをちょっと理科っぽくかっこよく言うと、プロトンといいますので こうやって、タンパク質複合体伝わって電子が移動していくのが電子伝達系たる所以ですね こんなことが繰り返されると、 クリステの中には、水素イオンがめちゃくちゃ溜まっちゃいます そして、この水素イオンの濃度差を使ってあげることで、 ATPを合成していくんです この内膜に存在するATP合成酵素の中を濃度差に従ってマトリックスに戻っていくわけです だから、ATP合成酵素って水素イオンを通すチャネルとしても機能してるわけですよ
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そして、このATP合成酵素には、マトリックス側に突出した部分があってそこが素早く回転するこ とでATPが合成されるって言う仕組みになってます このように、ATP合成酵素が関与して、 ATP合成をする仕組みを化学浸透共役といいます これがメカニズムの名前なんです この現象自体は酸化的リン酸化といいます そしてこの反応には、 最後酸素が関与してきて 電子伝達系で使われてきたプロトンとか電子と 酸素が合体して水が生じるんですね なんとも綺麗な反応でしょう。 それでは詳しく説明していこうと思います 外膜 獏問腔 膝 @f >AP H20 もう一度画像を貼っておきます ここからは少し細かく説明していきます まず、 解糖系 クエン酸回路の段階で水素を回収すること これが主な目的だったわけです ここに電子伝達系に水素を全部持ってきたって、イメージを持ってください 回収してきた。水素ってのがこのタンパク質4つぐらいなってるやつね これがタンパク質複合体 なんですが、水素と電子に分かれて、 電子側がこの複合体の中に入ります。 このタンパク質複合体は、 電子を通るときの加速装置みたいな感じです ぐんと加速して 酸素にぶつかります これ狙いが定まっているのは電気陰性度が関係してるん ですがここは生物の話であんまり 化学の話をしたくないんです 一度別の所でも説明してるんで大丈夫ですよね 電気陰性度の具合によって引きつけ方が違うんだ そしてこのタンパク質をとってるやつ4つとも 全部違うんです だから、違うものに対してアプローチをかけている ここで電子が酸素とぶつかると イオンになってそれがプロトンと反応して水が生じる だけど、全てが酸素と反応すると思ったら大間違いなんですね
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ちょっと物理っぽい話にはなるんです 本人ですね 物理と生物と情報を他のアプリで教えた経 験がありまして、その中でもメインは生物なんですけれども 意外と物理っぽい話をすると、 困惑しちゃうので 物理っぽい話は軽くしか説明しません では、運動エネルギーなんですけれども運動している物体が持っているエネルギーです これはあくまでイメージでのお話でございますが 電子が移動するときの運動エネルギーを利用 して水素を膜間腔ところに組み出すんですよ 大体電子が1個通過するとプロトンが5個ぐらいらしいです そうすると、 電子が通過するごとにたくさんプロトンが移動しますよね となると膜間腔の方が水 素イオンでパンパンになります これが通る道がポンプなんですよさてポンプって何でしたっけ? エネルギーを使って濃度勾配に逆らうようにして輸送するやつですよね そうすると、濃度が濃いところにどんどん送り付けられていくわけですよ そして内膜にちくわみたいなやつがありますね チャネルです。 そしてこれにはマトリックス側 に頭みたいなのが付いてますよね これがATP合成酵素です チャネルを通ってプロペラみたいになってるんですよ それを通過した水素イオンがぶつかるこ とで回転してエネルギーが作られていく これが酸化的リン酸化ってことになります この際にマックス34 ATP得られます では、呼吸全体で得られるエネルギーの量は 解糖系2 クエン酸回路2 電子伝達系34 (最大) つまり、全体では最大38 ATPを得ることができるってことになります 生命現象 1 異化Ⅲ 呼吸|| ちなみに皆さんは今までやってきた呼吸はグルコースを呼吸基質として利用した場合なんです 実は、タンパク質とか脂肪も使うことでもできます それをここでは見ていくこととします。 あと、呼吸商 計算ですね。 これを見ていくことにしましょう。 タンパク質とか脂肪が呼吸基質として利用されるパターンはグルコースのやつをしっかり覚えて いなければまあまあ大変です では、タンパク質から見て行きます まず、真ん中にすごく単純なグルコースのさっきまでやってきたやつを書きます
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2CHC, CoH12Co (Cy サタンパク質 グルコース アシ酸 脱アシ作用 ムアミ ↓解糖 -2 Calta Cs & [BSP KATA (C3) グリセリン G AF Aó Ñ § @ M73 アセチルCoA ⑤ 間化 181047757 オプ Į イソロイシン クエン酸 回路 本当にざっくり書くとこんな感じです そこで、実際にタンパク質を呼吸基質として利用してしまった場合に画像にもあるんですが、 アン モニアが生じるんですよね そうすると、肝臓のところで、 毒性の低い尿素に変換されるんですねその回路をオルニチン回 路って言ったりします。 これは後々説明していくとしますね。 炭水化物とか脂肪とか、タンパク質は細胞呼吸の燃料として使用されるみたいな まずタンパク質は加水分解を受けて、それぞれのアミノ酸になります 加水分解は厳密には違う んですけど、イメージとしては消化です。 そこで生じたいろいろなアミノ酸は、 アミノ基を外されて有機酸とアミノ基になりますね この反応を脱アミノ作用といいます これによってアンモニアとそれぞれの有機酸が生じることになりこのアンモニアに関しては先ほ ど言ったオルニチン回路に行きます こういった有機酸はクエン酸回路に入ったりピルビン酸やアセチルCoAになったりします 一方で、脂肪に関しては加水分解を受けて、 モノグリセリドと脂肪酸に分かれますが このモノグリセリドって、グリセリンに変換されてしまうので画像では、グリセリンとだけ書かせて もらってます グリセリンは、この後 解糖系に入ります この後、光合成についてあるんですけれどもその際にPGAからGAPになって ホスホグリセリン酸からグリセルアルデヒドリン酸になって、、、 これに関しては、光合成のまた詳 しくは説明するので、一旦ここでは省かせてください 覚えて欲しいの呼吸と光合成ってほぼ逆の反応だったところ 光合成で行われることとあべこべの向きになってます で、このグリセリンってのが、 グリセルアルデヒドリン酸に変わるんです
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これで解糖系に入ってくるんだと そして、脂肪酸のほうはどうなんだβ酸化を通してアセチルCoAのほうに入っていきます では、オルニチン回路を見ていきましょう 要は有害なアンモニアを毒性の低いほとんど無毒な 尿素に変換するものなんですね オルニチン回路 |NH3] 人 C₂ ↓ リア オルニチン ATP ADP シトルリン AID NH, Abp サイトゾル H2O アルギニール 3|20 こんな感じの回路なのですが、 やはり少し難しいんですよ 肝臓の世界なので、これが何の細胞で行われてるのかって言ったら肝細胞ですね 緑で書かれてるのが肝細胞のミトコンドリアで行われている 赤で書かれているのが肝細胞のサイトゾルで行われていることだ だからそれぞれステージが異なるってところはちょっと気をつけてください オルニチン シトルリン アルギニン この3つが結構まあまあ重要 (曖昧。) これもクエン酸回路と同様、 呪文のように覚えていただければいいなと オルニチンとシトルリンは、ミトコンドリアの方 アルギニンはサイトゾルの方になります ここでオルニチン→シトルリン シトルリン→アルギニンの所2連続ポンポンとATPをがっつり使っていくことになります この回路を回すのに、エネルギーが必要なんだよ てところですね そして、ATPを使うゾーンではアンモニアもいるんですよ ATPとアンモニアセットで覚えちゃった ほうがいいかも。 その結果として、水が必ず生じる まとめると2連続ポンポンとATPを使う アンモニアも使う そしてその結果として水が生じる。 ただし、1番最初のところだけは二酸化炭素を取り込ませる そして、生じたアルギニンがありますがオルニチン回路 別名 尿素回路と呼ばれる位ですから 尿素が作られるんですね
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その際に水が使われるんだとで、多分皆さんは尿素の化学式を見たことがないんじゃないかな と思うんです 個人的に見た目はあんまり好みではないんですがCO(NH2)2と書きます この反応が終わった瞬間からオルニチンはできているんですね こうやって生じた尿素が、 最終的に腎臓から尿の成分として体の外へ排出されるってことになる んですね では、この分野3つ目は計算です 呼吸商についてやっていきます。 呼吸商... 呼吸を行っている生物について言えることなんですけど、 吸収した酸素と放出した二酸 化炭素の体積比のことです RQと略されたりします。 これ大体の値なんですよ てかもう大体の値は決まってます 大体、炭水化物は1.0 タンパク質は0.8 脂肪は0.7 なので、この値で覚えちゃってくれていいです 公式 RQ=放出した二酸化炭素の体積÷吸収した酸素の体積 言い換えると 放出した二酸化炭素の物質量÷吸収した酸素の物質量 つまり、何が言いたいかって言うと、体積比かモル比しか使えないですよって言うところ この呼吸商を測定してあげることで、 その生物が利用してる有機物とかなんか見たことない生 物を見たときに、あいつ何食ってんだろうな てことを推測することができるんですね 例えば、あいつ脂肪とかタンパク質多くとってる 肉食動物だな、、、 あいつは、炭水化物を多く利用している 草食動物だな、、、 みたいな感じで これだけです では、ここからが余計難しい光合成やっていきますよ 生命現象1 同化 光合成前の知識 ここから光合成、いろいろな種類を勉強します それがまず今からやるのは、 多分一般的なやつです そして、暑いところに住んでいる植物 乾燥している地域に住んでいる植物 後は、ものによっては、 原核生物 こいつらも光合成するんですよ そこで、光合成の様式がめちゃくちゃ違うので 1個1個やっていくにはやっていくんですが、ちょっ と覚える量が多いんですよね の前に、ここで扱う事は、 光合成のプロセスではなくてクロマトグラフィ Rf値限定要因、、、 など など光合成の時に知ってほしい者としてやっていきます 光合成は 電子伝達系とカルビン・ベンソン回路について見ていくことになりますね そうなんです。名前一緒なんです。 の前に、光合成色素とクロマトグラフィこいつがめちゃくちゃ重要なので、先に話します
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光合成に用いる光エネルギーを吸収する物質 こいつのことを光合成色素といいます この光合成色素は、光を吸収する色素なんですがどこに含まれてるかって言うとチラコイドで す。 これが 光合成色素の名前と何色なのかこれをセットで覚えてください クロロフィルa、、、 青緑 クロロフィルb、、、 黄緑 カロテン、、、橙キサントフィル、、、 黄 他にもフィコシアニンとかフィコエリトリンなんていうものがあったりします こういった感じで、 光合成色素によっては吸収しやすい光の波長が異なるんですね 今から2つのグラフを重ねたものを見せます 光合成の作用曲線 クロロフィルa 作用曲線 の吸収曲線 100 クロロフィル b の吸収曲線 色素の吸収 80 60 40 [%] 20 400 500 600 赤 700 波長 [nm] 100 80合 60 40 20 光合成速度(相対値) クロロフィル は主に赤色光 や青紫色光を 光合成に利用 していること がわかる! 引用 https://tekibo.net/biology-15/ こちらなんですが 2つのグラフを合体させたものです。 まず、吸収曲線と書かれているもの、 赤色と青色の線ですね これが波長との光の吸収率を示しているグラフですこのグラフを吸収スペクトルといいます 一方で、緑で書かれている作用曲線ってやつですね これは波長ごとに吸収した光がどの程度、 光合成に利用されてますかってことを表すグラフ作 用スペクトルといいます グラフを見てもらったらわかるけど、 クロロフィルって緑色の光はあんまり吸収してないんです つまりあんまり吸収しないって事は反射したりするから、 そのせいで私たちの目から見ると緑色に 見えるんだよと そして、吸収された緑色の光って光合成でちゃんと利用されてます そして、クロマトグラフィーですね 物質を分離したりする方法の1種 化学基礎の方で扱ってるか なと思います
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アルコー 弱 水 インク などに イリ 吸着力 強 こんな感じですね 特にこういった濾紙とかを用いたものを、 ペーパークロマトグラフィーなんて 言ったりします そして容器の中にトルエンとか、アセトンなどを入れます こういったものって、 光合成色素とかだと水に溶けにくいから、 有機溶媒を使用するんだと そして、スポットの高さに鉛筆で線を引いておく そしてしばらくした後、溶媒の1番進んだ部分に 線を引いて、それぞれのRf値を求めてあげればオッケーってことです この溶媒に1番進んだ部分に線を引くのこの線に名前がついてます 溶媒前線といいます。 展開液の溶解度によって移動距離って変わります で、Rf値、、、 色素の移動距離÷溶媒の移動距離 光合成色素とかであれば、 どの光合成色素なんですか? それを見分けるための数値と思って いただければ結構かなと思います それでは、次に限定要因を見て 前提知識は終わりってことになります 本当にもしかしたらだけど 生物基礎の授業でめちゃくちゃ難しいお話をする先生のタイプであれ ば、 生物基礎でも1回聞いたことあると思います でも、一般には、 生物基礎では習わない範囲ですので 生物基礎で見かけの光合成速度って習いますよねあのくらいの分野で習います 光の強さと光合成速度 (吸収) 吸収速度 (放出) 見かけの 光合成速度 光合成速度 ・光補償点 光飽和点 光の強さ 呼吸速度
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引用 https://kou.benesse.co.jp/nigate/science/a13r08bb01.html おそらくこのグラフを生物基礎で勉強してます 光合成っていろいろ重要なものがありますよね。 ちなみに覚えなくていいですけど、このグラフの名前を光一光合成曲線 と言いますね 二酸化炭素の濃度とか温度とか光の強さとか 実はこれらの条件のもとで光合成の速さって変 わったりします その中で、最も不足してる要因のことを限定要因といいます おそらくこのグラフの意味ちょっと復習ですけど、 苦手な人が多いのでちょっとふざけた例え方 をします その前に用語ですね 光合成速度と呼吸速度が釣り合って、見かけの光合成速度が0となる光の強さのことを光補償点 そして、それ以上光の強さを強くしても、 光合成速度が上昇しなくなる光の強さここが光飽和点 そして、この光飽和点を超えて、光合成速度がもう上昇しませんよって言った状態のことを光飽 和と言いましたね 皆さんは今から動画投稿サイトに動画をアップロードしようと思ってます これを見ているあなたをAさんとしましょう そしてあなたには相方のBさんがいます。 Aさんが動画を撮ってBさんが編集をして動画をアップロードするってことになるんですが Aさんは、僕は1日1本動画を撮影できるぞ 一方で、 Bさんは私は1日に5本の動画を編集するこ とができるぜ そして、1日にアップロードできる動画は1本ですよね Aさんはもうちょっと効率を上げたいと 1日3本動画を撮影できるようになりましたそしてBさんは やっぱり1日5本の動画を編集することができます これで1日にアップロードできる動画は3本で すよね。 Aさんはもうちょっと効率を上げたいと 1日5本動画を撮影できるようになりました Bさんは相変 わらず5本編集できます つまり、1日に5本アップロードできる Aさんは限界までがんばりました 10本動画を撮影できるぜ (多分ショートですかね)そして編集 者は変わらず5本編集できます。 そうすると5本しかできないのわかります? これ以上、Aさんが動画を撮影した数を増やしても 一方、編集者が変わらないから 1日5本が 現状マックスってことになりますよね ここで言うと、最も不足している要因が限定要因ですから 撮影者が少ない場合 限定要因は撮 影者だ そして、編集者は変わらなかったので 編集者が編集できる量を超えて撮影したら 結局編集 できるのはそこまでだからそこまでしかアップロードできんよね みたいなことなんで 撮影者が、 編集者の編集できる数よりも多くした場合 変わらんので 編集 者の方が限定要因に切り替わるんです それを実際に生物で置き換えたときにやってみますね
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光の強さと光合成速度 + (吸収) -吸収速度 (放出) 見かけの 光合成速度 光合成速度 光の強さ→ ・光補償点 光飽和点 呼吸速度 もう一回この画像を貼ります このグラフで言うと 縦軸が二酸化炭素の吸収速度 横軸が光の強さになるわけですよね このグラフが少しややこしいんですな それが速度が変わる光合成と ずっと同じ呼吸 これ両方 をちゃんと考えてくださいね なんですよこれを頭の片隅に置いてもらいたいわけだ。 光の強さがゼロの時 (=光が当たっていない時) は、 光合成を行ってないから 呼吸オンリーです よね このスタートラインがマイナスになってるんですけどこのスタートラインの値が呼吸の二酸化炭 素排出量の値になるんですね だから、マイナススタートってことです そして、ここから光を当てて、どんどん強くしていきますと どこかで呼吸で排出した二酸化炭素の量と 光合成で得た二酸化炭素の量が=になる時が来ま す これが光補償点ですね ここからさらに強くしていくとこれ以上光合成速度は上がりませんよみたいなところが来ますと これが光飽和点 そしたら結局限定要員ってなんやねんってとこなんですが 結局、上がっている部分が 光足りてないから 光の強さが限定要因で 横ばいになっている部分はそれ以外ってところになります 生命現象 14 光合成」 これは一般的な植物のを見ていきたいと思います 実際光合成ってめちゃくちゃあって ここからやっていくのって原核生物 砂漠のような乾燥地帯にいる植物 めちゃくちゃ暑い熱帯の ような地域にいる植物 それぞれ、光合成の様式が違うんですよ それを全部やるんですね。
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光化学紅 化学編 4 光化学紅 Dobra クロロフィルa ATPER レチラコイド膜 92% まず第一段階ですね 電子伝達系ですね これがチラコイドの膜においての反応になるわけですが まず、光合成は植物とか藻類とかシアノバクテリア (藍藻類) で行われる反応ですが 大きく分けてチラコイドで行われる反応とストロマで行われる反応に分けられます チラコイドは、光が直接的に関係する感じ ストロマはあんま直接的には関係ないかなみたい な感じで分けちゃっていいと思います では、チラコイドでの反応から見て行きます まず、光合成って何かって言ったらエネルギーを作ることがやっぱり1番の目的なんですがニ 酸化炭素と水を利用して有機物を作るんですよね。 画像の子丸っぽくて 電子が書かれてるもの これクロロフィルaとタンパク質の複合体になりま すこれを今後クロロフィル複合体と呼ぶこととしましょう。 ありましたね。クロロフィルってのは光合成色素でしたよね その中でも主役となるのがクロロフィルaなんですね だけど、勘違いしないで欲しいのは中にキサントフィル カロテンクロロフィルbとかも中には練り 込まれているんだと ただ、主役として出てくるのはクロロフィルaですよってだけですから そして、光合成を行う奴らは、 必ずクロロフィルaを持っているんです では、ちょっと本格的に話を進めていくと まず、クロロフィルの主成分ってマグネシウムです 金属ですね。 マグネシウムが持っている電 子に光が当たると飛んでっちゃうんです。 エネルギーを高めてくれるって感じなんですけれど も。
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(この中で、 物理選択をしてるんだけど、 生物見てくれてますって方も多分稀ですけどいらっしゃる と思うんですね その方はおそらく基礎じゃないほうの物理の後半の方で習うかなと思うんです こういった現象を光電効果といいます) それによってクロロフィルaは不安定になるんですね 活性化と言ったほうがいいんですけれど も。 そして、電子が光電効果によって弾き飛ばされて 電子伝達系を通って そうすると水素イオンが 入ってくるんですね 電子の運動のエネルギーを借りてみたいなイメージ だから結局は、弾き飛ばされてその時に水素イオンが入ってきてちくわみたいなチャネルを通 過してそのエネルギーを利用してATPを合成するとこんな感じの合成形式を光リン酸化といい ます ちなみに、光のエネルギーによってクロロフィルから電子が放出される反応 物理っぽく言うと光 電効果ですよね ただこれが生物でクロロフィルって言う特定の場面で光によって直接引き起 こされるものじゃないですかなのでこの反応は光化学反応といいます はじき飛ばされる迄が光化学系の反応中心での出来事です 言い忘れてましたが今後 光化学系みたいな言葉が出てきましたがこれはクロロフィル複合体の 名前だと思ってくれて結構です。 そして、光化学系の中での光化学反応が起こる場所は反応中心と呼ばれます そしたら結局弾き飛ばされた電子はどういったストーリーをたどるのかそこを見て行きます 弾 き飛ばされたとキャッチャー的役割の奴がいるんですね それがこれもクロロフィル複合体の名前ですが光化学系です やっぱりこいつも光が当たると電子を弾き飛ばしちゃうんです これ数字 一旦算用数字で書かせてもらいますが 2と1 あれ順番が逆じゃないのか 実はそうなんです 順番が2から1なんですよ。 これ発見された順番なんですね だけど進むのは2から1だよと ちなみに、2にも1にも同時に光が当たるので同時に電子を弾き飛ばしてるんです つまり、どちらも活性化したクロロフィルなんですよ じゃあこの不安定になったやつをどう解決していけばいいの? 別に1は2から飛んできたやつもらえるんでいいけど 2に関しては電子もらえないじゃん これどうやってるかって言うと 水から電子をカツアゲするんです これって水を分解してやってるんですよね。 そうすると、 水素イオンと酸素分子が生じるのでこの酸素分子が気孔から出ていくと そして1から出て行った電子は脱水素酵素のNADP + H+を結合させるために使われるんです それによって生じたものが、 NADPHってものになりますね ではチラコイドで起こる反応はここまでにして次にストロマでの反応を見ていきたいと思います
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6CO2 1 PGA RuBP ホスホグリセリン酸 ルビスコ リブロースニリン酸 12C3 6C 12 ATP 6ADP 12ADP 4 (2) 6 ATP 12 NADPH 12 NADP+ 12C3 C6H12O6 3 グルコース GAP グリセルアルデヒドリン酸 引用 https://share.google/7qWQ1trS7wJCoryfb こんな感じのものを見ていきますこのような回路なんですが この回路の名前をカルビン・ベンソン回路といいます ざっくり言えば、二酸化炭素を固定して、 有機物を作る反応になりますね 先ほどNADPHが出てきましたよね そしてATPもできてますよね まず今まで回路は2つ出てきましたけどやはり入り口がすごい大事なんですよ じゃあここでの入り口誰ですか(?)てことで NADPHとかATPから水素を受け取ってくれるキャ ラクターが入り口になるんですが誰でしょうか? 今後私略して言います 初回だけ名前は書きますがこれはPGA (ホスホグリセリン酸) なんです ね これ何の略かって言われたときに教科書複数見て比べてるんですが 教科書ごとに全然違うん です。いろいろな名前があるので私はホスホグリセリン酸を採用しましたけど 自分が持っている教科書とかで確認してもらえるといいかなと思います 私なりの呼び方になります これはC3化合物となります そして、ATPが入ってきてるよねこれは回路を動かすためのエネルギーなんですね 結構 呼吸の知識を身に付けておくと、 光合成意外と簡単に攻略できます
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2ATP- 4A75 CoHiO(グルコース) -2 NAD 脱水事酵素 還元 2NADH +Hi- 2CH4Qs(パルビン酸) 解糖系) C3H.C3(乳酸) これ先ほど使ったやつですけれども 一旦乳酸とかは一旦関係ないので グルコースからピルビン酸になるところは、これ実は酸化反応です 酸化したことによって、 2分子のATPが得られたんだ Cから酸化してあげることでATPを作り出す これの逆の反応が還元反応ですが 還元するため には逆を言えばいいわけですからATPが必要ってことです。 だから、グルコースを作るために還元をしてあげたい ATP必要だってことです そうすると、 その際にGAP(グリセルアルデヒドリン酸)ですね でも、結局これ炭素数変わっておりません でもグルコース抜けてるはずなのになんで変わって ないねん。 と言う話なんですが でも、実際PGAは12個あります それで実際抜けるのは炭素6個 つまりC3 2つ分だから、GAP の数ってのは2つ減って10個になるわけです そして、GAPからですね ここからATPを使うよってことです。 この部分は重要ではないので割 愛します。 だけど、ATPを使うよって事実だけは受け入れてください そこからさらに大きな大きな化合物を作るわけですよ RuBP (リブロース2リン酸)ですね なんか ちょっと美味しそうな名前でございますが。 教科書によっては、リブロースビスリン酸と書かれているものもありますが、ビスってのは2の意 味です C5化合物で6個あります。 これはちっちゃいものにエネルギーを補填してあげることで、 でかい塊にするですね そしてなんか見慣れない単語がありますねこれ酵素の名前なんですけど 正式名称 リブロース1,5ビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ という名前がついてます これ覚えてください。 嘘です。 実はこれ 画像では略して書かれてます この略で覚えてください ルビスコといいます。 二酸 化炭素ペタペタペタペタ固定する くっつける では計算問題です といっても超簡単なこと RuBPは炭素の数がC5が6個分 つまり30個です そしてPGAはCで12個あるわけですから、 36個ですよね
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そしたら、数合わせに必要な二酸化炭素の量って何個ですか? 大丈夫ですね 6個ですよね。 ここで二酸化炭素が6分子入れられてるってことです 実はこれで終わりなんですねではここからいろいろなものの光合成を見ていきます。 生命現象 15 光合成II C4 植物・CAM植物・原核生物の光合成 前者2つの植物はあんま聞いたことないかなと思うんですけど 高温とか乾燥に適応した結果として、 ちょっとばかし特殊な二酸化炭素固定を行って、有機物を 合成することができる植物が存在するんだよってところから C植物... 熱帯原産の植物 トウモロコシ サトウキビなど CAM植物... 乾燥地域に生息する多肉植物 ベンケイソウ サボテンなど でも、先ほどやってきたものって、 おそらく一般的な植物の話なんです ところがこいつらにも弱点 があります。高温とか乾燥に対して弱いんですよ 気孔を開けて二酸化炭素を取り込みたいんだけど開けると水分持ってかれちゃいます これが長いこと続いてしまうと体の中の二酸化炭素の濃度が低下してしまうわけですね 取り 入れられないから。 さて、これで1つ問題が起こるんですが、 ルビスコのせいなんですよ 酸素が消費されて二酸化炭 素が出てしまう。 光呼吸といいます。 本来の光合成の反応に打ち消すように働いてしまうものになりますね これって結構無駄なことなんですけど 呼吸って言ってるからエネルギー作れるのかな? ATP作 れるのかなって言ったら作れません。 ルビスコが二酸化炭素と結合して、もちろん有機物なんて作れたもんじゃありません そういった無駄を省くために、 それぞれ前半2つの植物は進化していったわけですよ ○C3植物 CO2 ○C4植物 CO2 CO2 PGA RuBP C3 カルビン C4 ベンソン回路 回路 グルコース →C4人 C3 PGA カルビン ベンソン回路 RuBP グルコース
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引用 https://okke.app/words/p/UcN82HdRKYBSG C4植物 (シコクビエ) 葉肉細胞 維管束鞘細胞 維管束系 C3植物 (オオムギ) 引用 50μm https://photosyn.jp/pwiki/index.php?%E3%82%AF%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%83%84 %E5%9E%8B%E8%91%89%E6%A7%8B%E9%80%A0 こちら下の画像ですね こちらC植物の葉の構造になります 維管束の周りにちょっと大きめの葉緑体を持つ細胞があり ます。 この細胞を維管束鞘細胞といいます それを放射状な感じで、 葉肉細胞という細胞が取り囲んでいるような感じです ちょっと難しいことを話すとこのような構造に名前が付いてます 花輪を意味するクランツって言 葉があってその通りなんですが、 クランツ構造といいます 先ほどやったC3植物もこんな感じの見た目なんですが、 1つ違う点があってそれが維管束鞘細 胞に葉緑体がないんです これ何が違うのか 葉肉細胞にも維管束鞘細胞にも葉緑体があるので 糖を作る部分 二酸化 炭素取り入れる部分 これを空間的に分けてるんです
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維管束鞘細胞の部分はさっきやったやつと変わらないので、改めて葉肉細胞の方を見ていきた いと思います 本来であれば、二酸化炭素を取り込んだら、それはルビスコによって固定されるんですが また、別の酵素が受け取ってくれる役割をやってくれるんです この酵素 ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼと名前がついてます 長いな てことで、これを略してPEPCといいます 私はこれ勝手に本来の呼び方ではないでしょうけど ペップシーと呼んでます PEPCによって 炭素数3のPEPと二酸化炭素が反応して、 炭素数が4のオキサロ酢酸が合成さ れます そして、さらにリンゴ酸に変化するんです 最初にできる物質が、 炭素数4なので、このような回路はC回路なんて言ったりします リンゴ酸をたくさん作ると二酸化炭素が抜けて、 それが原形質連絡を通って 維管束鞘細胞のほ うに行くんですね 基本的に、ここでルビスコが働くことになるんですがここで1つ紹介しておくと、 ルビスコは強制 労働が大好きです。 つまり、大量に働ける環境を好んでいるのでルビスコって二酸化炭素を固定することが仕事で すよね つまり、二酸化炭素たくさんあるとこでよく働いてくれます こちらではカルビン・ベンソン回路ってことになります カルビン・ベンソン回路のほうは説明済みってことで、話は割愛させていただきます 一方で CAM植物の方では空間的に分離するのではなくて、時間的に分離するってイメージを 持ってください リンゴ酸 |ルビスコ CO2 二酸化炭素 C4 C3 C3 回路 C5 (C3 C4 回路 (C4 カルビン・ベンソン回路 ハッチ=スラック回路 H2O (C3) 水 C6H12O6 デンプン (グルコース) C3 CO2 二酸化炭素
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引用 https://ccbio.jp/topics/k016 このようなイメージです お昼と夜で違うんですね。 さて、 全く覚えなくて良いことですが CAMはCrassulacean Acid Metabolism の略 ベンケイソウ型有機酸代謝 の略です とりあえずイメージは絶対覚えて欲しくて、 時間的に分けられてるんだということ さて、 生物基礎のおさらいです 砂漠のイメージなんですが、 砂漠って 植生を分類したときに 森林とか草原とか荒原とかありましたけどどれに該当するでしょうか? 大丈夫ですね 荒原です。 植物がまばらに生えてるような感じです。 なぜなら降水量がめっ ちゃ少ないからです。 そして、ほとんどC 植物の奴らとめちゃくちゃ酷似しています なので説明の重複が起こりそうな ので、そこは省いて相違点のところだけやっていきたいと思います まず違うところ ①C4植物では、葉肉細胞と維管束鞘細胞で分けて行っていたが CAM植物ではC4回路とカルビ ン・ベンソン回路は両方とも葉肉細胞で行う 基本的に、 昼に気孔なんて開いたら乾燥してる暑い 水分持ってかれちゃう なので、夜に気孔を開きます そして二酸化炭素を固定してリンゴ酸を合成する ②そのリンゴ酸は液胞の中に蓄えられる 少し専門的な用語だと蓄えることをプールするなんて 言い方をします つまり、夜の間に液胞の中にガンガンガンガンリンゴ酸を合成して蓄えて行きます この夜の出来事が、 C回路 そうすると昼間は気孔を開けることってできないので、二酸化炭素の取り込みなんてできません ところが蓄えておいたリンゴ酸を利用して カルビン・ベンソン回路を回していくことになります それでは、次に原核生物の方を見ていきたいと思います 紅色硫黄細菌 緑色硫黄細菌 こういった奴らが光合成を行う奴らで総称して光合成細菌と呼 ばれるやつなんです もともとは光合成細菌が光合成を行っていたんですが 二酸化炭素とかではなかったんです。 何を利用していたか 硫化水素を使っていました H2S では、普通の植物と光合成の様式が異なっていたんですが、 どう違ったのか まず、 二酸化炭素を還元するために水素を必要とするんですねその水素の元々は 普通の植物は水なんだけど 光合成細菌が硫化水素 そして、生じる物質は、 普通の植物であれば酸素 ところが 光合成細菌は硫黄 そして、光合成色素に関してもちょっと違いがあって この光合成に関しては、 それが普通の植 物はクロロフィルというものを用いるんですがバクテリオクロロフィルを使うんですね。 こんな感じで、 普通の植物と光合成細菌では二酸化炭素の還元に使う水素の元々 生じる物 質 光合成色素とかが異なるんだよと
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では、一方反応式ってどうなるか? 6CO2 + 12H2S となります C6H12O6+6H2O +12S 皆さんは、水を使うタイプの普通の植物が行う光合成の反応式を覚えられるんだけど 硫化水素 のタイプが覚えられないって方は これ安心してください 水の酸素の部分が硫黄に変わってるだけですので 係数としては変わり ません。 ちょっと古いタイプの光合成ですねって感じです ところが、シアノバクテリアは普通の植物と同じ水を使用した光合成だから生じるものは酸素 となります 6CO2 + 12H2O→C6H12O6 +6H2O +1202 そこで皆さんは、おそらくこういった疑問を持つでしょう 原核細胞には葉緑体なんてものは存在 しないのに光合成なんて行われるんか? 葉緑体は持たないのは正しいんですよでもチラコイドのような膜の構造は細胞内に存在して ます。 チラコイドのパクリみたいな ここで光エネルギーの吸収とか、 硫化水素の分解などを担っているんだと じゃあカルビン・ベンソン回路は? 細胞質基質で行われてます。 皆さんに欲しいのは、シアノバクテリアは、一般の植物とほとんど違いがないです なので、新たに覚える事はあんまないかなと思います ぶっちゃけ、違う点で覚えて欲しい事は1つ チラコイドのパクリみたいな膜で行われていること 生命現象 ⑩6 化学合成・窒素同化 ここでこの章を終わりにしたいと思います 化学合成を攻略していくについて実は 化学合成ってのも炭酸同化の1種なんですつまり光 合成と対比していくことで その差異を見抜いてもらいたいなと思います 実は結局のところ私は これが1番近道だと思ってます。 では、改めて定義していきたいと思います 化学合成... 無機物の酸化によって生じる化学エネルギーを利用して、 炭酸同化を行うこと 基本的に、これは細菌が行うものだと思ってください そして 光合成って光を利用するものでし たけど 例えば深海のような光が届かないような場所 そんな場所にも生物が生息できてるのっ て、こいつらのおかげなんです 化学合成細菌たちが、 生産者となって生態系の土台となってるわけです そこでこういった化学合成細菌って言われる奴らいろいろな種類いるんですけど、 有名どころ 3種類覚えてください 亜硝酸菌 硝酸菌 硫黄細菌 この3つ
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おさらいですが、 炭酸同化 エネルギーを使って、 二酸化炭素から有機物を合成する反応のこと です 特に、このエネルギーが光エネルギーだった場合を光合成 そしてこのエネルギーが化学エネルギーだった場合は化学合成です 生物基礎の窒素の循環の方で扱っているので残りの話は割愛して 窒素同化のほうに入りま す 窒素同化... 植物や菌類などが無機窒素化合物と有機酸をもとに 生体内で有機窒素化合物を 合成する反応 といっても、結構難しいのでアンモニウムイオン(NH4 ) とか硝酸イオン (NO3) からアミノ酸を 植物自身が作る位の気持ちで良いです ちなみに、 窒素同化は葉は行われる割合が圧倒的に高いんですね 普通に根とかでも行われて はいるんですが。 フローチャート的なざっくりとした過程を描いてみると Nt 3 ANO, 植物 WH3 休 C₂H₁₂ C₂, 有機膣 こんな感じになるかなと思います 説明していきますね まず、植物の体内にアンモニアを直接の形で取り入れるのは大変ですよね 根粒菌とかがいれ ば話は別なんですが マメ科の植物に共生 (あるいは寄生) するようなアンモニアを分け与えてくれるみたいな形です あるいはHNO3の形で取り入れるわけですがこの化学式何を表すかわかりますかね 硝酸です ね。 その状態で取り込むと植物の体内で有毒なアンモニアに変換されます アンモニウムイオンとか硝酸イオンとかそういったものを植物体内でアンモニアとして取り入れ たり、変換したりするわけですよ
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実際に、 生物の排出物とか遺体とかが分解者によってアンモニアに細かく分解されるわけでそ の状態によって生じるのがアンモニウムイオン(あるいはアンモニア) なんだけど 本来であれば、この生の状態って言ってアレですけど 本来はこの状態で植物体に取り込みたい でも、それ以上に動くのが早い硝酸菌 亜硝酸菌と呼ばれる奴ら すごい勢いで硝化しやがるんですね こいつらが余計なことをやっちゃうせいで 植物は、こうい うことを思うわけです 「俺はアンモニアを直接吸収してのに 何勝手なことやってくれてんのよ!」 それをちゃんとやってくれるのが根粒菌なんですね マメ科植物に限っての話ですが そしたら、それ以外はどうするか しょうがなくNO3の状態で取り入れるしかないんですよ だから、ほとんどの植物って、こういう状態で窒素を得てるってことです だから、デフォルト マメ科植物以外に関して扱っていくってことになるんです で、結局はやっぱりアンモニアの状態で欲しいわけだから 硝化されちゃったやつを巻き戻すこと を植物でやったりするんです くそめんどいことをやってるんですよ。 だからエネルギー使うんです では一旦話は元に戻します。 [ NH 3 (NO3) け ト 植物 WH3 挧 |- H₂N| C₂H₁₂ C₁₂). もう一度この画像を貼ります 有機 まず、外部から硝酸イオンとかアンモニアとかを吸収して 有毒なアンモニアを作る 植物の体の 中に、 そんなアンモニアの状態で保存しておくって危険なんですよ なぜこんなわざわざ危険なものを作るんかまず一旦別の話をしてからの方が理解できるかなと 思いますので まず植物って光合成しますよねそうすると光合成によって生じたグルコースがあるわけですよ。 それを呼吸で消化すると有機酸が生じます 有機酸はカルボキシ基を持ってるんですが アミノ基は残念ながら持ってません
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( R 側鎖 基 しカルボキシ(に こちら、アミノ酸の構造式 このノートの②でも使いました COOHの部分はある -H2Nの部分がないってことです 有機酸には そして、有機酸側鎖持ってるんですよ さらに酸素もあります 炭素もあります。 アミノ酸と比較したときに持ってないのはせいぜいアミノ基だけです だから、アミノ酸を作るのにアミノ基がないといけないわけだから、 それをゲットしたいわけですよ ね 取り込んだアンモニアって言う有毒なものからアミノ基を取り出して この取り出したアミノ基を有機酸とくっつける! それによって生じたのがアミノ酸です そうやって生じたものがいろいろなものになるんですよね ヒトとかがアミノ酸を得るためには、お肉とか卵とかそういうものを食べてタンパク質を食べてる わけです ここまでがざっくりとしたお話なんですが ここで細かく見ていくのは、この内容です
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窒素同化 グルタミン酸 ・グルタミン酸、 有機酸 NH4+ ATP- グルタミン ケトグルタル酸 ・アミノ酸 グルタミン合成酵素 グルタミン酸合成酵素 アミノ基移転酵素 引用 https://tekibo.net/biology-23/ 実際、アンモニアは硝化されちゃうじゃないですか 遺体は分解者によってアンモニア(NH3) にさらにそれが亜硝酸菌によって亜硝酸(HNO2)さらに これが硝酸菌によって硝酸(HNO3) こんな感じになって 植物体内ではこれ逆の操作をして還元しているんですよ それによって生じたアンモニアはこんなん意味わからないぐるぐるしたやつに入るんですね 実は有毒なアンモニアはすごいくっつきやすい奴がいるんですそれが画像にある通りのグルタミ ン酸です くっつきやすいってだけであって、ATPは必要ですけどね これによって生じるのがグルタミンです そして、このグルタミンを作るために、 必要な酵素がグルタミン合成酵素ですね ここまで覚えてしまえば、後は意外と楽です グルタミンとケトグルタル酸んて呼ばれるものが反応してこの間でグルタミン酸合成酵素が作用 してグルタミン酸が2つできる (左上と真ん中の上に書かれているのは全く同じもの) 左上に書かれているグルタミン酸はさっきと同じようにATPとグルタミン合成酵素と、、、 みたいなお んなじことが起こるわけ 真ん中上側 有機酸とアミノ酸を比較したときに足りないものって何でしたっけ? アミノ基ですよ ね! ということで有機酸にアミノ基を付け加えてあげればいいんですよ グルタミン酸はアミノ基を1つ持っているのでこいつを転移させたいわけです そこで出てくる酵 素がアミノ基転移酵素 トランスアミナーゼですね これによってアミノ酸が生じるよとだから、ここでやりたかった事は有機酸にアミノ基をくっつける ことなんです これで第二回は終わりです 次回はほとんどの人が多分生物最難関だと思ってる発生が出て きます。
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