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Life + Chemistry

化学の講義録+大学を楽しく面白い学びの場に変える試みの記録 (北里大学・野島 高彦)

看護学科の化学講義(28)バイオテクノロジーを支援する化学

これまでに学んできた化学は,生命科学や医療においてどのように応用されているのでしょうか?「いま」の化学で何ができて,「これから」の化学で何ができるようになるのでしょうか? 今回はバイオテクノロジーを支える化学技術とその原理を紹介しました.履修者94名中,89名出席.出席率95 %.

前回の講義についての感想コメント質問その他いろいろ

前回の講義録参照

配布ずみの講義資料

キーワード

DNAシーケンシング,DNAシンセサイザー,PCR,液相法,蛍光標識,ゲノムプロジェクト,固相法,耐熱性DNAポリメラーゼ,脱保護,デオキシリボヌクレオシド三リン酸,ペプチドシンセサイザー,プライマー,保護基,メリフィールド法

(1)ペプチドの化学合成

アミノ酸がアミド結合で複数個つながった分子がペプチドです.「短い」鎖長のものをオリゴペプチド,「長い」鎖長のものをポリペプチドと呼んでいますが,両者の間に明確な境目はありません.

ポリペプチドのうち,機能と特異的立体構造をもったものがたんぱく質です.

ペプチドを記す際にはアミノ基を左側に,カルボキシル基を右側に置きます.それぞれN末端,C末端と呼びます.

液相法と固相法を説明しました.液相法は20アミノ酸残基程度のペプチド合成に利用できます.それよりも長い鎖長のペプチドには固相法合成が用いられています.固相法合成は自動合成機を用いて行われる方法です.

副反応が起こらないよう,脱水縮合に関係しない官能基を保護基で守っておくことがペプチド合成のポイントです.細胞内でペプチドはN末端から合成されますが,化学合成はC末端から進められます.

(2)DNAの化学合成

DNAはデオキシリボヌクレオシド三リン酸が重合した高分子です.

ペプチド固相合成法と類似した手法でDNAも合成されています.固相合成法では120残基程度までの一本鎖DNAが得られます.これは後述するPCRやDNAシーケンシングに用いられます.

DNAの方向性をあらわすために5'-末端,3'-末端が定義されています.細胞内でDNAは5'-末端から合成されますが,化学合成では3'-末端から合成が進められます.

(3)DNA増幅(PCR)

特定配列のDNAを特異的に増幅する手法がPCRです.

参考ムービー

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PCRは犯罪捜査,感染症診断,遺伝子工学実験など広い範囲に応用されている技術です.鋳型となるDNA,4種類のデオキシリボヌクレオシド三リン酸,化学合成された一本鎖DNA(プライマー),耐熱性DNA合成酵素,そしてプログラマブルな温度コントローラーが必要です.

(4)DNA配列解読

サンガー法を解説しました.蛍光標識されたジデオキシリボヌクレオシド三リン酸を反応液に混ぜておくことがポイントです.DNAの解読効率は年々高くなっています.2003年にはヒトのゲノムDNAを読み取る作業が完了しています.その他の生物に対してもゲノム読み取り作業が次々と完了しています.

サンガー法を開発したサンガーは蛋白質のアミノ酸配列解読法と,DNAの塩基配列解読法でそれぞれノーベル化学賞を受けています.これらの他にRNAの塩基配列解読法も開発しており,これもノーベル化学賞級の成果なので,待っていれば人生3度目のノーベル賞受賞というチャンスがあります.1918年うまれのサンガー博士は,まだまだ生き続けなければならないのです.

参考ムービー

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2011年にゲノムが解読された生き物の紹介

生命のしくみをゲノムの視点から理解するためには,ゲノムの塩基配列を解読する必要があります.そのため,さまざまな生物種のゲノム解析を人類は続けています.2011年には,たとえば以下のような生物種のゲノムが解読されました.食肉動物や野菜のゲノム解析は,品種改良に応用されて行きます.寄生虫のゲノム解析は人類の健康を守るために重要です.

2月,ミジンコ

2億塩基対,遺伝子30,900個

7月,じゃがいも

8億4400万塩基対,遺伝子39,031個

8月,ハクサイ

2億8000万塩基対,遺伝子26,000個

8月,サンゴ

4億2000万塩基対,遺伝子23,700個

11月,ブタの回虫

2億7,300万塩基対,遺伝子18,500個

まもなく? 見島牛

後期試験についての説明

参考のために昨年度の期末試験問題と,計算問題の略解を配布しました.

昨年度と今年度とでは講義内容を変えているので,昨年度の問題には,今年度の講義では扱わなかった内容も含まれています.

次回,今年度の試験対策用に,2011年度後期試験模擬問題と,略解を配布します.その解説を1月に行います.

確認問題

感想コメント質問その他いろいろ

全般

●DNAの配列解析がそんなに色々な生物で行われていたとは知りませんでした.私の知らないうちに化学の世界は多くの発見をしているのですね.●今日の授業,すっごい聴いてました! 後期でいちばん楽しかったです,個人的に.うにょ!っていう動画とか! 手動→児童に考える人,すばらしいですね!●DNAの研究はすごくおもしろいなと思った.●DNAの髪の毛一本から10億くらいに増えるやりかたはすごいと思いました.●DNAを分析することがおいしいお肉にもつながっているんだー!おいしいお肉たべたい●現代の技術はすごいなと思いました.●こういう研究も楽しそうだなと思っていました.化学っていろいろな分野で役に立っているんですね.●今日の授業,きいてるだけでよくわかんなかったです.(*ω*)テスト有効数字考えますか?●今日の授業はとても集中して聞けました.●もうすぐテスト・・・.●生物IIでも教養演習Cでみやった内容だったので,よくわかりました.DNAシーケンサのdd_TPとd_TPの違いがよくわかっていなかったけれど,どこかわかってスッキリです.●ドライブにいって思いついたという話は高校の生物の資料集のマメ知識的なところにのっていました.

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師走・日々のできごと

●もうすぐクリスマスーっ!●もうすぐクリスマスですね!先生は家族と一緒にパーティーしますか?あたしは・・・バイトです笑●来週はクリスマス.なみだが出ます.●先生のクリスマスの予定は?一人暮らしなのでケーキとかチキンとかおいしいもの食べたかったです.●よいお年を●もうすぐで今年も終わりですね! 1年間早かった!!!模擬問題の解説しっかり聞きます!!!●●あと一週間で天皇誕生日ですね.●早く遊びたーい!!●もう2011年が終わってしまうのですね.残りの日々を大切に過ごそうと思います.●1年間ありがとうございました●今日は徹夜明けだったから眠くてすみません・・・今日のは少し難しかったです.●3限おわりから東京ドームに行ってきます.ドームすいません.●英語さよなら●風邪ひいてしまいましたーん(ToT)髪をショートにしようか今すごく悩んでいます(; ;)先生はロング派ですかショート派ですか(笑)(女性の好み)●1年間はやーい.もう歳とりたくないです.●先生は調布に住んでいるんですか?橋本経由ですか?●今日トイレ行きたいのをずっと我慢してました(笑)

試験は来月

●160点行くよう頑張るー!!●テスト頑張る!!●テスト頑張りまーす(^_^)/●テストめざせ60点!優とれるようにがんばります.●テスト満点取りたいです!●優めざしてがんばります!!●テストあと21点とれるようがんばります!●試験頑張ります!!●テスト頑張ります!1月の解説お願いします!●テストで100点とりたいです!!!頑張ります!!!(^o^)●今日のところ試験にでますか?難しくて覚えられないです.

次回予告

医療や生命科学に関連する化学は今どこまで進展しており,これから先の10年間でどのように発展するのでしょうか.2021年の化学(医療関連)を考えます.

リンク

www.tnojima.net
www.tnojima.net

参考書籍

DVD&図解 見てわかるDNAのしくみ (ブルーバックス)

DVD&図解 見てわかるDNAのしくみ (ブルーバックス)

 
マクマリー有機化学〈下〉

マクマリー有機化学〈下〉