スタンダード薬学シリーズ４ 日本薬学会編

生化学Ⅲ 第１回

担当：高松 始めに講義の概要について 解説します

２年生配当科目 後期・木曜日１＆２限

教科書について

生化学Ⅲ

バイオインフォマティックスとコンピューターを用いる生物学（p105）

核酸の構造と機能（p396）

遺伝子の構成、複製、修復（p408）

RNAの合成、プロセシング、修飾（p434）

タンパク質生合成と遺伝暗号（p456）

遺伝子の発現制御（p475）

分子細胞生物学

分子遺伝学、組換えDNA、ゲノム工学（504）

必須

参考書について

illustrated 基礎生命科学

（第２版）

京都廣川書店 必須

参考書について

スタンダード薬学シリーズ４ 日本薬学会編

生物系薬学

Ⅱ．生命をミクロに理解する

参考書について

薬剤師国家試験対策参考書 ３生物

薬学ゼミナール編集

参考書について

細胞の分子生物学

出版社:ニュートンプレス

BruceAlberts(著),JulianLewis (著),MartinRaff(著),PeterWalter (著),KeithRoberts(著),Alexander Johnson(著),中村桂子(翻訳),中塚 公子(翻訳),宮下悦子(翻訳),&5そ の他

みんなの出席率が悪かっ たら難しくしようか な・・・

期末試験について

100点満点の試験で、60点以上が合格です。

分かってるから出席しないん でしょう？

つまんな~いって言われてる みたいだし~

試験範囲は、講義で解説した内容、課題、小テスト(練習問題)の全て

英単語も出します

学習のコツ

ノートの例

(英語名)

意味＿＿＿＿＿＿＿＿＿

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

物質Ｂ

物質Ｃ 物質Ａ

の説明図 (真核生物の場合) メモ＿＿＿＿＿＿＿＿

重要！

Ｙ反応 教科書p□□参照

Ｘ結合

生化学Ⅲ授業計画

日程 テーマ 学習到達目標（SBOs）

１回目 イントロダクション

遺伝子研究の歴史 講義の概要を理解する。

２回目 核酸の種類・構造と特徴

DNAの構造について説明できる。

RNAの構造について説明できる。

DNA鎖とRNA鎖の類似点と相違点を説明できる。

３回目

遺伝情報を担う分子

遺伝子発現に関するセントラルドグマについ て説明できる。

染色体の構造を説明できる。

４回目

ゲノムと遺伝子の関係を説明できる。

遺伝子の構造に関する基本的用語（プロモー ター、エンハンサー、エキソン、イントロン など）を説明できる。

５回目

遺伝子の複製・変異・修復

DNAの複製の過程について説明できる。

６回目

遺伝子の変異（突然変異）について説明でき る。

DNAの修復の過程について説明できる。

生化学Ⅲ授業計画

日程 テーマ 学習到達目標（SBOs）

７回目

転写と翻訳のメカニズム

RNAの種類と働きについて説明できる。

DNAからRNAへの転写について説明できる。

８回目 転写の調節について、例を挙げて説明できる。

９回目 RNAのプロセシングについて説明できる。

10回目 RNAからタンパク質への翻訳の過程について説

明できる。

11回目 リボソームの構造と機能について説明できる。

生化学Ⅲ授業計画

日程 テーマ 学習到達目標（SBOs）

12回目

ゲノム情報

ヒトゲノムの構造と多様性を説明できる。

13回目 バイオインフォマティックスについて説明で

きる。

質問などについて

質問や相談などがある人は、微生物学研究室(１号館 ５階西側)に来て下さい。

←東側      １号館５階      西側→

生化学研究室 微生物学研究室 トイレ

公衆衛生学研究室 環境保健学研究室 低温室

生化学研究室 微生物学研究室 公衆衛生学研究室 環境保健学研究室 階段

ココにいます

メールもＯＫです

生化学Ⅲ 第１回 イントロダクション 遺伝子研究の歴史

introduction課題(予習＆復習)-1 遺伝子研究の歴史に関連する基本的な用語の意味につ いて確認し、ノートにまとめること。

形質、純系、表現型、遺伝子型、優性、劣性、ホモ接 合、ヘテロ接合、生殖、配偶子、減数分裂、受精、交 配、中間雑種、世代、単相、複相、細胞周期、遺伝、

遺伝子、対立遺伝子、複対立遺伝子、補足遺伝子、抑 制遺伝子、条件遺伝子、染色体、連鎖、染色体の乗換 え、染色体地図、核酸、タンパク質

introduction課題(予習＆復習)-2 遺伝学に関する歴史上重要な研究（研究者・実験方 法・研究結果・定説など）について確認し、ノートに まとめること。

メンデル(GregorMendel)の研究 サットン(WalterSuttonn)の研究 モーガン(ThomasMorgan)の研究 グリフィス(FrederickGriffith)の研究 エイブリー(OswaldAvery)の研究

ハーシーとチェイス(A.Hershey&M.Chase)の研究

introduction小テスト-1

多細胞生物の場合、体細胞の核相は２ｎで、配偶子の 核相はｎである。

Yes No

生化学ⅢSBO-特別 遺伝学の始まりについて説明できる

~遺伝子の概念を理解しよう~

遺伝子とは何か

遺伝学の祖

GregorJohannMendel(1822-1884)

グレゴール・ヨハン・メンデルはエンドウの交配実験 を行い、遺伝に関する法則を発見した。

復習・基礎生命科学p129-134

メンデルの法則

１ エンドウと対立遺伝子 ２ 遺伝学用語

３ メンデルの法則

復習・基礎生命科学p134-136

遺伝の多様性

１ 不完全優性 ２ 致死遺伝子 ３ 複対立遺伝子

メンデル以前の考え方

遺伝子は液体のような存在？

ピンク色になったねピンク色に なったね

メンデル以前の考え方

融合説：遺伝子は液体状で、親の形質は混ざり あって子孫に伝わる。

例：赤い花と白い花 をかけ合わせると、

子孫はピンクとな り、ピンク同士をか け合わせてもピンク の子孫しか生まれな い。

メンデルの実験

1853年から1868年にかけて、メンデルはエンド ウマメのうち、形質が安定している22種類の品 種（純系）を選び、7つの対立形質について交 配実験を行った。

対立形質

赤鬼一族 青鬼一族

例：色は青か赤しか存在しない

=青と赤は対立形質

対立形質

対立形質とは、互いに対をなす遺伝形質(個体の 特徴や性質)のこと。

赤鬼一族 青鬼一族

交配

青か赤

メンデルの発見

1866年、エンドウマメを用いた実験により、遺 伝物質が混じり合わない「粒子状の物質」であ ることを示唆する結果を得た。

3:1

1、緑と黄の純系エンドウマメを交配 2、交配第1世代(全て黄)を交配 3、交配第2世代(黄と緑が3:1)     ↓

液体状の因子が混じり合うな ら、子孫に「緑」がでないは ず？

メンデルの仮説-1

細胞内に形質を決定する２つで１組の粒子状物 質が存在し、交配によって混じり合うことなく、

次世代に引き継がれる。

メンデルの仮説(F1雑種の交配) Y

Y g

g

Y Yg 親

(倍数体)

配偶子 (奇数体)

F2雑種 (倍数体)

g Y

Yg g 黄

黄 黄 黄 緑

Yg 黄

Y g

黄３：緑１

遺伝物質を探せ！

Q.どこにある(どこを 探せば見つかる)と 思いますか？

メンデルの死後、彼の研究成果が認められるよ うになり、彼が提唱した「倍数体と奇数体に変 化する粒子状の遺伝物質」の探索が始まった。

遺伝物質を探せ！

既に顕微鏡が発明されており、細胞学が発展し ていたので、細胞内のどの物質が遺伝を司るの か明らかにしようとした。

染色体説

1902年、ウォルター・S・サットンは、バッタの 一種を用いて減数分裂の細胞学的な研究を行い、

配偶子形成における染色体の挙動がメンデルの 法則に従うことを見いだした。

バッタの精母細胞は、光学顕微鏡を用いた染色 体の観察に適していた。

体細胞と配偶子

多細胞生物の成体を構成する細胞には、体細 胞と配偶子があります。

体細胞

体細胞は個体（成体）を構成する２倍体の細胞 で、１世代限りで使い捨て。

身体を構成する 細胞

ヒトの場合 約60兆個

生殖細胞

配偶子は次世代に遺伝子を伝える１倍体(半数 体)の細胞。

精子 卵

次世代に命をつな ぐ細胞

真核生物の有性生殖

♂ ♀

親 子 親

有性生殖では、親と違う遺伝子を持つ子が産まれる。

真核生物には性があり、有性生殖を行う。

原核生物と真核生物：核相について 1つの細胞の核に含まれる染色体の組数(n)を核 相とよぶ。

染色体

3

x1

=1n

3

x2

=2n

原核生物と真核生物：核相について 原核生物は核相の概念がなく、真核生物は単相世 代（ｎ世代）と複相世代(２ｎ世代)がある。

原核生物     真核生物

n 2n

「

n

2n

n

真核生物の染色体DNA

成体

(!) (")

受精卵

2n世代 n世代 2n世代

真核生物の遺伝子(染色体)の数は、世代交代(ライ フサイクル

)

有性生殖と遺伝子の数の変化

複相世代(体細胞)の遺伝子は各細胞に２つずつ。

染色体：１セット 染色体：２セット

体細胞 配偶子(精子や卵)

ABCD ABCD

A'B'C'D' 遺伝子

２倍体

１倍体

体細胞分裂と減数分裂の違い

2n n

4n n

n n

(一時的)

2n 4n

(一時的)

2n2n

体細胞分裂

減数分裂

配偶子 娘細胞

受精

2n

n _生殖細胞 n

(配偶子)

受精(合体)

単相世代

複相世代

１つの精子（ｎ）と１つの卵（ｎ）が受精して １つの受精卵（２ｎ）になる。

メンデルの仮説と減数分裂の比較 サットンらは、減数分裂や受精の際の遺伝子と 染色体の動きを比較して、両者の行動の一致性 に気付き、遺伝子が染色体上に存在すると考え た。

メ ン デ ル の 発 見

サ 勏 ト ン の 発 見

復習・基礎生命科学p141-145

遺伝子と形質

１ 遺伝子研究の歴史

２ グリフィスとアベリーの研究

染色体説の実証

トーマス・モーガンらは、ショウジョウバエを 用いた交配実験により染色体説を実証した。

染色体地図

モーガンらはショウジョウバエの突然変異体を 用いて染色体地図を作成した。

ショウジョウバエの交配実験 Ｘ染色体上に眼の色を決定する遺伝子がある

Ｆ１世代

Ｆ２世代 赤眼♀白眼♂

赤眼♀ 赤眼♂ 白眼♂

赤眼♀赤眼♂

赤眼♀

染色体を構成する物質

染色体はデオキシリボ核酸(ＤＮＡ)の他、ヒス トンなどのタンパク質から構成されている。

遺伝子の正体は？

染色体の構成成分であるＤＮＡとタンパク質の どちらが遺伝情報を持つか？新たな論争が始 まった。

どっちなの？

遺伝子の正体は？

複雑

↓ 本命

単純

↓ 対抗

染色体の構成成分であるＤＮＡとタンパク質の どちらが遺伝情報を持つか？新たな論争が始 まった。

DNAは４種類のヌク

される高分子。

タンパク質は20種 類のアミノ酸から 構成される高分子。

グリフィスの実験：肺炎球菌の形質転換

マウス 肺炎球菌Ｓ型株

(病原性株) 感染＆死亡

肺炎球菌

肺炎球菌(Streptococcus

pneumoniae)はグラム

参考 形質転換の発見

＠＠

◇ +？=

^へ

非病原性 肺炎球菌

なぞの 生体物質

病原性 肺炎球菌

病原性のないR型株に加熱殺菌したS型株を混ぜ ると、S型株の性質がR型株にうつる。

1942年、グリフィスは肺炎球菌の形質転換(遺伝 形質の変化)を発見した。

細菌の形質転換

細菌は、特定の条件下で外部からDNAを取り込む ことにより、遺伝形質を変化させることがある。

＠ ＠ Ｘ Ｘ

形質転換 ＸＸ DNAの取り込み

＊遺伝子組換え技術として重要。

アベリーらの実験

DNAとタンパク質のう ち、どちらが遺伝物 質かを確かめるには、

どうすればよいか？

アベリーらの実験

Ｓ型株 抽出液

無処理

DNA 分解酵素 タンパク質 分解酵素

Ｒ型株

Ｒ型株

Ｒ型株

Ｓ型株

Ｒ型株

Ｓ型株 遺伝物質を確かめる実験

遺伝物質は核酸である

アベリーらが、肺炎球菌を用いた実験で核酸が 細菌に形質転換を起こさせる物質であることを 証明したことにより、以後、核酸(ＤＮＡ)が遺 伝物質と考えられるようになった。

p398参照

ファージ(バクテリーファージ)

宿主細胞のDNA 宿主細胞

細菌に感染する

細菌に感染するウイルスをファージと呼ぶ

ファージ(バクテリーファージ)

宿主細胞のDNA 宿主細胞

細胞内で増殖

ファージは宿主の合成系を利用して増殖する

ファージ(バクテリーファージ)

宿主細胞のDNA 宿主細胞

宿主細胞を破壊

子ファージが生産され、宿主細胞が破壊される

ハーシーとチェイスの実験

DNA

タンパク質 ³⁵Sで標識

32Pで標識

35Sは硫黄(³²S)の放射性同位体、半減期87日・ベータ崩壊

32Pはリン(³¹P)の放射性同位体、半減期14.3日・ベータ崩壊

ハーシーとチェイスの実験

大腸菌 感染

同位体標識ファージを大腸菌に感染させた場合、

核酸が標識された子ファージのみが得られた

増殖 親ファージ

32P-DNA

35S-Protein

子ファージ

32P-DNA

子孫(子ファージ)に伝えられたのはDNAのみ！

遺伝子の正体：結論

遺伝子の本体はＤＮＡである。

これではっきりしたね！ みんな納得してくれたかな？

ここまでのまとめ

１．遺伝子研究はメンデルによるエンドウの交 配実験から始まった。

２．モーガンらはショウジョウバエを用いた実 験により染色体の遺伝子地図を作成した。

３．アベリーらによる細菌の形質転換実験に よって、DNA(核酸)が遺伝子の本体であることが 分かった。

復習・基礎生命科学p90-93

4-5核酸

１ 核酸とヌクレオチド ２ ＤＮＡ

３ ＲＮＡ

DNAの抽出

細胞破壊

↓ フェノール処理

↓ エタノール沈殿

↓ RNase処理

↓ フェノール処理

↓ エタノール沈殿

細胞を破壊した後、タンパク質・脂質・RNAを除 き、DNAのみの溶液を得る。

核酸

核酸はヌクレオチドが多数結合した高分子。

ヌクレオチドの構造

サン

糖、塩基、リン酸から 構成される物質だヨ

リン酸

糖 塩基

ヌクレオシドとヌクレオチド

五炭糖の1位に塩基が結 合したものをヌクレオ シドと呼ぶ。

ヌクレオシドの五炭糖 の5位にリン酸基が結合 したものをヌクレオチ ドと呼ぶ。

ヌクレオシド 糖+塩基 ヌクレオチド 糖+塩基+リン酸

核酸の役割

核酸(DNA、RNA)は、遺伝物質(遺伝情報の媒体) として全ての生物に存在する。

遺伝子とDNA

全ての生物において、ＡとＴ、ＣとＧの量は等 しく、Ａ＋ＴとＣ＋Ｇの比率は生物種によって 異なる。

ErwinChargaff 1905-2002

DNAのX線構造解析

わずか4種類のヌクレオチドで構成されるDNAと 生物の多様性との関係を説明するためには、DNA の構造を明らかにする必要があった。

ロザリンド・フランクリンらのX線構造解析は、

DNAの構造を明らかにする上で重要な役割を果た した。

DNAの2本鎖らせん構造

1953年、ジェームズ・ワトソンとフランシス・

クリックは、DNAの逆平行2本鎖らせん構造モデ ルを発表した。

DNAの構造

DNAは４種類のヌクレオチドが重合した繊維状 の物質で、細胞内では主に２本鎖らせん構造を とり、必要に応じて１本鎖構造に変化する。

DNAと遺伝子

遺伝子

物質 情報

ヌクレオチド の結合順序

DNAは4種類のヌクレオチドが重合した繊維状の物質

DNA

音楽CDと遺伝子

音楽CD＝CD(プラスチック)＋デジタル情報 遺伝子＝DNA＋4種類のヌクレオチドの配列情報

遺伝子は、DNAの4種類のヌクレオ チドの並ぶ順序で働きが決まるよ。

SBO-1小テスト-1

DNAはデオキシリボヌクレオチドがホスホジエステル結 合でつながったひも状の分子である。

SBO-1小テスト-2

相補的な塩基配列を持つ２分子のDNAは、塩基間の水素 結合によって逆平行二重らせん構造を取る。