スライド 1

生化学への導入

平成３０年４月１２日

病態生化学分野教授

（生化学２）

生化学とは

細胞の化学的構成成分、およびそれらが示す

化学反応と代謝機序を取り扱う学問

生化学１ 生化学2

炭水化物/糖、脂質、アミノ酸について勉強

します

糖、脂質

_生化学２

脂質、アミノ酸、

核酸

生化学１

生化学

生化学と医学は密接に関係する

生化学

医学

炭水化物

糖尿病

糖原病

脂質

高脂血症

動脈硬化

蛋白質

鎌状赤血球

貧血

核酸

レッシュ・ナ

イハン病

病気・病態の理解に生化学的な知識が重要

レッシュ・ナイハン症候群

尿酸の代謝に関わる遺伝子の異常による

先天的代謝異常症（高尿酸血症）

ホモゲンチジン酸が

空気で酸化されて

黒い色素になる

アルカプトン尿症

アミノ酸の代謝異常 Archibald E. Garrod (1857-1936)

原発性家族性高コレステロール血症

LDL受容体の遺伝的欠損

（常染色体優性遺伝形式）

著明な高コレステロール血症（LDL）：脂質代謝異常

若年性冠動脈疾患

Stormie Jones は6歳ですが、狭心症のため

冠動脈ﾊﾞｲﾊﾟｽ手術を受けています。

悪玉コレス テロール LDLコレステロールが 血管に蓄積する

筋PFK欠損症（垂井病・糖原病VII）

日本人が発見した解糖系酵素（ＰＦＫ）の異常による病気

グルコース グルコース6-リン酸 フルクトース6-リン酸 フルクトース1,6-ビスリン酸 ホスホフルクトキナーゼ （PFK）

筋肉のPFK（解糖系酵素）の異常

により運動の障害がおきる

解糖系

グルコキナーゼ欠損症（MODY2）

グルコース グルコース6-リン酸 フルクトース6-リン酸 フルクトース1,6-ビスリン酸 グルコキナーゼ（ＧＫ）

解糖系

ＧＫ（解糖系酵素）の異常により、

若年性の糖尿病が発症する

生化学と医学は密接に関係する

生化学

医学

炭水化物

糖尿病

糖原病

脂質

高脂血症

動脈硬化

蛋白質

鎌状赤血球

貧血

核酸

レッシュ・ナ

イハン病

病気・病態の理解に生化学的な知識が重要

生化学２のスケジュール

４月１２日

講義開始

５月３１日

中間試験

８月２日

生化学２試験

講義プリント配布します。 講義資料： 「熊本大学 病態生化学」で検索

ID： Biochem2 パスワード：93WeYgTr

生化学２の合否判定は、中間試験・本試験（約８割）の合計で 行います。再試験は1回のみ行います。

本日の学習の目標

グルコース代謝の全体像を理解する

物質代謝ー同化と異化

高校生物の内容 ブドウ糖

グルコース（ブドウ糖）の異化

高校生物の内容

ATPは生体内でのエネルギーの共通通貨

Fig12-01

グルコースの異化（解糖系＋クエン酸回路・電子伝達系）

解糖系

クエン酸回路・

電子伝達系

グルコース代謝の全体像

解糖系 グルコースからピルビン酸 クエン酸回路 ピルビン酸からNADHをつくる 電子伝達系 NADHからATPをつくる 高校生物の内容

乳酸発酵とアルコール発酵

高校生物の内容 微生物が無酸素状態のもとでブド ウ糖を分解する現象を発酵という。 酵母菌はグルコースを分解してア ルコールと二酸化炭素を生成する （アルコール発酵）。

がん細胞で解糖の亢進とそれに伴うグルコースの

取り込み増加が起きていることを利用して、新しい

診断法

が開発されている。

グルコースをＦ-１８という放射性同位元素でラベル

したＦＤＧ（フルオロデオキシグルコース）を注射す

るとがんの場所にとりこまれる。

ポジトロン断層撮影法（PET）

生化学２の講義では主にグルコース代謝を学びます

グルコース代謝

糖尿病やメタボリック

シンドローム、グリコーゲン

病、癌など様々な病気の

理解に重要。

•アミノ酸はタンパク質などの前駆体

アミノ酸は窒素を含む点で糖や脂質とは異なる

•アミノ酸はエネルギー源になる

•アミノ酸は貯蔵されない

糖や脂肪のようにエネルギー源として蓄積されない

アミノ酸

アミノ酸 Amino acid

αアミノ酸

CO

2

−

+

_H

3

N

R

H

C

アミノ基（塩基）

Amino group (base)

カルボキシル基（酸）

Carboxyl group (acid)

α水素 α-Hydrogen

側鎖 Side chain

両性電解質 Ampholyte, amphoteric electrolyte

水溶液中で酸，塩基の両方の性質を示す

L

-アミノ酸と

D

-アミノ酸

L

-アミノ酸

C

+H3N

R

CO2-H

C

+H3N

R

H

CO2-C

_NH3+

R

H

CO2-D

-アミノ酸

鏡

C

R

H

_NH3+

CO2-タンパク質は通常20種類の

L

-アミノ酸からなる

（側鎖Rは20種類）

グリシン（R=H）を除き

α-炭素は不斉炭素

プロリンは側鎖とアミノ基がつながっている（環状構造）

不斉炭素原子

４価の炭素原子に４個とも異なる原子や原子団が結合している

鏡面に映した形は重ね合わせることができない：光学異性体 （基準物質） ふせい 異性体：分子式が同じでも、原子の結合順序が異なり、性質も異なる物質を互い に異性体という。

アミノ酸の構造と化学的特性

アミノ酸 Amino acid

タンパク質の基本単位

タンパク質を構成する部品として用いられる

アミノ酸は２０種類

あり、

それらがつながってタンパク質になる。どのようなアミノ酸がどのよう

な順番でつながるかによって様々なタンパク質が形成される。

ペプチド結合

Peptide bond Peptide bondペプチド結合

C O N H C O N H +H3N C H R₁ C H R₂ C H R₃ C O N H C H R₄ C O N H C H R_n-3 C O N H C H R_n-2 C O N H C H R_n-1 C O N H C H R_n C O

O-タンパク質の基本構造

アミノ末端 Amino terminus N末端 N-terminus カルボキシル末端 Carboxyl terminus C末端 C-terminus +H_3N C H R₁ C O O-+H_3N C H R₂ C O O-+ _C O N H +H_3N C H R₁ C H R₂ C O O-+ _H2O アミノ酸 _{ジペプチド} Dipeptide アミノ酸残基２個 ペプチド結合１個 アミノ酸 多くのアミノ酸が結合してポリペプチドをつくる

一次構造

_{アミノ酸配列，アミノ末端を1として，}

カルボキシル末端にむかって2,3,4....

Frederick Sanger（英，1918〜）

1955年 インシュリンの一次構造

一次構造決定法の確立

1956年 ノーベル化学賞

20種類のアミノ酸 (1)

アラニン

Alanine

Ala A

Alanine

グルタミン酸

_{Glutamic acid}

_{Glu E}

_{gluEtamic acid}

グルタミン

Glutamine

Gln Q

Q-tamine

アスパラギン酸 Aspartic acid

Asp D

asparDic acid

アスパラギン

Asparagine

Asn N

asparagiNe

ロイシン

_Leucine

_{Leu L}

_Leucine

グリシン

Glycine

Gly G

Glycine

リシン

Lysine

Lys K

before L

セリン

Serine

Ser S

Serine

バリン

_Valine

_{Val V}

_Valine

アルギニン

Arginine

Arg

R

aRginine

トレオニン

Threonine

Thr

T

Threonine

プロリン

Proline

Pro

P

Proline

イソロイシン

Isoleucine

Ile

I

Isoleucine

メチオニン

Methionine

Met

M

Methionine

フェニルアラニン Phenylalanine Phe F

Fenylalanine

チロシン

Tyrosine

Tyr

Y

tYrosine

システインン

Cysteine

Cys C

Cysteine

トリプトファン

Tryptophan

Trp

W

tWo rings

ヒスチジン

Histidine

His

H

Histidin

20種類のアミノ酸 (2)

アミノ酸の分類：側鎖(R)の性質によって分類

C

COO-NH

₃

+

H

R

側鎖(R)

非極性（疎水性）（側鎖）アミノ酸

名称, 略号

側鎖(R)

名称, 略号

H

グリシン

Gly, G

CH

H

₃

C

H

₃

C

バリン

Val, V

CH

₂

CH

H

₃

C

H

₃

C

ロイシン

Leu, L

アラニン

Ala, A

H

₃

C

CH

H

₃

_{C CH2}

CH

₃

イソロイシン

Ile, I

CH

₂

フェニルアラニン

Phe, F

CH₂ H N

トリプトファン

Trp, W

CH₂ H₃C S CH₂

メチオニン

Met, M

H H₂ COO-H₂C H₂C C N H₂ C +

プロリン

_{Pro, P}

アミノ酸の分類：側鎖

(R)

の性質によって分類

側鎖(R)

極性（親水性）（無電荷）（側鎖）アミノ酸

名称, 略号

側鎖(R)

名称, 略号

C

COO-NH

₃

+

H

R

CH

₂

HO

_{Ser, S}

セリン

CH

CH3

OH

トレオニン

Thr, T

CH

₂

HS

システイン

_{Cys, C}

CH

₂

HO

チロシン

Tyr, Y

CH

₂

C

H

₂

N

O

アスパラギン

Asn, N

CH

₂

C

CH

₂

H

₂

N

O

グルタミン

Gln, Q

アミノ酸の分類：側鎖(R)の性質によって分類

側鎖(R)

極性（電荷）（側鎖）アミノ酸

名称, 略号

側鎖(R)

名称, 略号

C

COO-NH

₃

+

H

R

CH

₂

CH

₂

H

₃

N

+

CH

₂

CH

₂ リシン Lys, K CH₂ C CH₂ H₂N H₂N+ CH₂ NH アルギニン_{Arg, R}

CH

₂

N

H

+

NH

ヒスチジン_{His, H} -OOC CH_{2 アスパラギン酸} Asp, D CH₂ -OOC CH₂ グルタミン酸 Glu, E

アミノ酸の分類：側鎖(R)の性質によって分類

側鎖(R)

芳香族

（側鎖）アミノ酸

名称, 略号

C

COO-NH

₃

+

H

R

CH₂

フェニルアラニン

Phe, F

CH

₂

HO

_チロシン

Tyr, Y

CH₂ H N

トリプトファン

Trp, W

アミノ酸の分類：側鎖(R)の性質によって分類

側鎖(R)

酸性（側鎖）アミノ酸

名称, 略号

C

COO-NH

₃

+

H

R

-OOC CH₂ アスパラギン酸_{Asp, D} CH₂ -OOC CH₂ グルタミン酸_{Glu, E}

アミノ酸の分類：側鎖(R)の性質によって分類

側鎖(R)

塩基性（側鎖）アミノ酸

名称, 略号

C

COO-NH

₃

+

H

R

CH

₂

CH

₂

H

₃

N

+

CH

₂

CH

₂ リシン Lys, K CH₂ C CH2 H₂N H₂N+ CH₂ NH アルギニン_{Arg, R}

CH

₂

N

H

+

NH

ヒスチジン_{His, H}

アミノ酸の分類：側鎖(R)の性質によって分類

側鎖(R)

含硫

（側鎖）アミノ酸

名称, 略号

C

COO-NH

₃

+

H

R

CH

₂

HS

システイン

Cys, C

CH

₂

H

₃

_{C S}

CH

₂

メチオニン

Met, M

蛋白質中の修飾アミノ酸残基

コラーゲンの中で はプロリンが水酸 化される。このとき ビタミンCが必要 ビタミンKによりプ ロトロンビンのグ ルタミン酸がカル ボキシ化される リン酸化 リン酸化

本日のまとめ

生化学は細胞や生体内の分子を研究し、それら

の分子が示す化学反応を研究する科学である。

生化学は医学と密接に関連している。多くの病気

は体の生化学反応が異常になった状態である。

病気の原因を解明し、適切な治療・診断法を開発

するためには生化学が基本となる。

２０種類のアミノ酸の構造を理解すること。

アミノ酸がペプチド結合して蛋白質が形成される。

1. 体内にある有機物を分解してエネルギーを得る反応を同化という 「 」 2. ADPが分解してATPになるときエネルギーが放出される 「 」 3. 解糖はミトコンドリアでおきる 「 」 4. クエン酸回路は細胞質でおきる反応である 「 」 5. 酵母によって無酸素状態でグルコースからエタノールとCO2を生じる反応を アルコール発酵という 「 」 6. 解糖系ではグルコースが分解されてクエン酸が生じる 「 」 7. 蛋白質の構成アミノ酸は通常Ｌ型である 「 」 8. アミノ末端はC末端のことである 「 」 9. 蛋白質は多数のアミノ酸がペプチド結合により結びついたものである 「 」 10. アミノ酸のうち最も小さい側鎖をもつものはアラニンである 「 」 11. メチオニンはイオウを含むアミノ酸である 「 」 12. アスパラギン酸は塩基性アミノ酸である 「 」 13. リシンは酸性アミノ酸である 「 」 14. ビタミンＫはグルタミン酸のカルボキシ化をおこなう 「 」 理解の確認のために