目次

1.生化学:広がりと歩み

  1・1 生物の多様性の根底には,生化学的な同一性がある

  1・2 DNAは形と機能の関係をわかりやすく示している

  1・3 化学の考え方で生体分子の性質が説明できる

  1・4 DNA塩基配列の解読によって生化学,医字など,さまざまな分野が大きく様変わりしている

  1・5 生化学は,人々の努力がさまざまにつながって成り立っている

2.タンパク質の組成と構造

  2・1 タンパク質構造のいくつかの特性は機能的多様性の鍵である

  2・2 タンパク質は全部で20種類のアミノ酸から構成される

  2・3 一次構造:アミノ酸はペプチド結合でつながってポリペプチド鎖を形成する

  2・4 二次構造:ポリペプチド鎖は規則的構造に折りたたまれる

  2・5 三次構造:タンパク質は球状または線維状構造に折りたたまれる

  2・6 四次構造:ポリペプチド鎖は会合して多サブユニット構造を形成することができる

  2・7 タンパク質の立体構造はアミノ酸配列によって決定される

3.結合と分子認識

  3・1 結合は生化学において基本的な過程である

  3・2 ミオグロビンは酸素を結合して貯蔵する

  3・3 ヘモグロビンは効率的な酸素運搬体である

  3・4 免疫系は主要な結合タンパク質に依存している

  3・5 結合の強さは定量的な数値で説明できる

4.タンパク質の手法

  4・1 タンパク質の精製はその機能を理解するうえで重要な最初の段階である

  4・2 免疫学はタンパク質を研究するための重要な手段となる

  4・3 質量分析法はペプチドやタンパク質の同定のための強力な手段である

  4・4 ペプチドは自動化固相法により合成できる

  4・5 タンパク質の立体構造は実験的に決定できる

5.酵素:基本概念と反応速度論

  5・1 酵素は強力で特異性の高い触媒である

  5・2 ギブズエネルギーは酵素を理解するうえで有用な熱力学関数である

  5・3 酵素は遷移状態の形成を容易にすることで反応を加速する

  5・4 ミカエリス・メンテンの式によって多くの酵素の反応速度論的性質が説明できる

  5・5 酵素は一度に1分子ずつ解析できる

  5・6 酵素は特定の分子によって阻害される

6.酵素の触媒の戦略

  6・1 酵素は一連のコアとなる触媒セットを戦略的に用いる

  6・2 プロテアーゼは本質的には起こりにくい反応を促進する

  6・3 カルボニックアンヒドラーゼは迅速な反応をさらに加速する

  6・4 制限酵素は高度に特異的なDNA切断反応を触媒する

  6・5 分子モータータンパク質は,酵素の立体構造の変化を利用してATP加水分解と機械的な仕事を共役させる

7.酵素の調節の戦略

  7・1 アロステリック制御は代謝経路の制御を可能にする

  7・2 アイソザイムは個々の組織や発生段階に特異的な触媒調節の一手段である

  7・3 共有結合修飾は酵素活性調節の一手段である

  7・4 多くの酵素は特異的なタンパク質分解によって活性化する

  7・5 酵素のカスケードが血液凝固などの迅速な反応を可能にする

8.DNA,RNA,そして遺伝情報の流れ

  8・1 核酸は糖-リン酸骨格に結合した4種類の塩基でできている

  8・2 相補的な配列をもつ1対の核酸の鎖が二重らせん構造を形成する

  8・3 二重らせんは遺伝情報の正確な伝達を容易にする

  8・4 DNAは,ポリメラーゼが鋳型をなぞって複製する

  8・5 遺伝子発現は,DNAの情報を,機能を担う分子へと転換することである

  8・6 アミノ酸は,ある特定の点から始まる連続した3個の塩基の組によりコードされる

  8・7 ほとんどの真核生物遺伝子はイントロンとエキソンのモザイクである

9.核酸の技術

  9・1 遺伝子の探究はいくつかの基本手段を頼りに行われる

  9・2 組換えDNA技術は生物学のあらゆる分野に大変革をもたらした

  9・3 ゲノムの完全な塩基配列が決定され,解析されている

  9・4 真核生物の遺伝子は,かなり正確に定量したり操作したりできる

10.進化の探究とバイオインフォマティクス

  10・1 ホモログ(相同遺伝子)は共通祖先に由来し,整列(アラインメント)によって判別できる

  10・2 三次元構造を調べると進化的関連性への理解が深まる

  10・3 進化系統樹は配列情報をもとに作成することができる

  10・4 現代技術によって進化の実験的な探索が可能になった

11.糖と糖タンパク質

  11・1 単糖は最も単純な糖である

  11・2 単糖が結合することによって複合糖が生成する

  11・3 糖はタンパク質と結合し糖タンパク質となる

  11・4 レクチンは結合特異性のある糖結合タンパク質である

12.脂質と生体膜

  12・1 脂肪酸は脂質の主要な構成要素である

  12・2 生体膜は一般的な3種類の膜脂質で構成されている

  12・3 リン脂質と糖脂質は水性液中で容易に二分子膜を形成する

  12・4 タンパク質は膜におけるほとんどの機能を果たす

  12・5 脂質と多くの膜タンパク質は膜平面をすばやく拡散する

  12・6 原核生物と真核生物では生体膜の使い方が異なる

13.膜のチャネルとポンプ

  13・1 分子の膜輸送は能動的にも受動的にも起こりうる

  13・2 二つの膜タンパク質ファミリーは,細胞膜を隔てたイオンや分子の能動輸送にATPの加水分解を利用する

  13・3 ラクトース輸送体は二次性輸送体の典型で,ある濃度勾配を利用して別の濃度勾配を形成する

  13・4 特異的チャネルは細胞膜を横切る迅速なイオン輸送を可能にする

  13・5 ギャップ結合によりイオンや小分子が隣接する細胞間を行き来できる

  13・6 特異的チャネルが,ある種の膜の水に対する透過性を増大させる

14.シグナル伝達経路

  14・1 多くのシグナル伝達経路は共通の原理を有する

  14・2 アドレナリンのシグナル伝達:ヘテロ三量体Gタンパク質はシグナル伝達と初期化を担う

  14・3 インスリンのシグナル伝達:リン酸化カスケードが多くのシグナル伝達過程で中心的な役割を担う

  14・4 上皮増殖因子のシグナル伝達:受容体の二量体化がシグナル伝達を促進する

  14・5 シグナル伝達経路の機能異常はがんや他の疾患を誘発する

  14・6 感覚系は特殊なシグナル伝達系により制御される

15.代謝:基本的な概念

  15・1 代謝は相互に関連する多くの反応で構成されている

  15・2 ATPは生体系におけるギブズエネルギーの普遍的な通貨である

  15・3 炭素燃料の酸化は細胞エネルギーの重要な源である

  15・4 代謝経路では多くのモチーフが繰返し出現する

16.解糖と糖新生

  16・1 解糖系はほとんどの生物におけるエネルギー変換経路である

  16・2 解糖系は二つの段階に分けられる

  16・3 解糖系は厳密に制御されている

  16・4 グルコースは糖でない前駆体からも合成できる

  16・5 糖新生と解糖は逆向きに制御されている

17.ピルビン酸デヒドロゲナーゼとクエン酸回路

  17・1 クエン酸回路では高エネルギー電子が取出される

  17・2 ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体が解糖とクエン酸回路をつないでいる

  17・3 クエン酸回路は2炭素単位を酸化する

  17・4 クエン酸回路への進入とクエン酸回路での代謝は調節されている

  17・5 クエン酸回路は生合成前駆体を供給する

  17・6 植物や細菌はグリオキシル酸回路により酢酸を利用して成長できる

18.酸化的リン酸化

  18・1 細胞呼吸は電子を分子状酸素に伝達することでATP合成を推し進める

  18・2 酸化的リン酸化は電子伝達に依存している

  18・3 呼吸鎖は四つの複合体からなる:三つのプロトンポンプとクエン酸回路との物理的なつながり

  18・4 プロトン勾配がATP合成を駆動する

  18・5 多数のシャトル分子がミトコンドリア膜を横切る移動を助ける

  18・6 細胞呼吸の制御はおもにATP需要によって支配される

  18・7 呼吸鎖によってつくられるプロトン勾配は多くの生化学的過程を推し進める

19.光栄養と光合成の明反応

  19・1 光合成によって,光エネルギーが化学エネルギーに変換される

  19・2 真核生物では光合成は葉緑体で行われる

  19・3 クロロフィルが吸収した光により電子伝達が起こる

  19・4 シアノバクテリアと真核光合成生物では二つの光化学系によりプロトン勾配と還元力がつくられる

  19・5 チラコイド膜を隔てたプロトン勾配がATP合成を駆動する

  19・6 補助色素が反応中心にエネルギーを集める

  19・7 光を化学エネルギーに変換する能力は非常に古くから存在する

20.カルビン・ベンソン回路とペントースリン酸経路

  20・1 カルビン・ベンソン回路では二酸化炭素と水から六炭糖が合成される

  20・2 カルビン・ベンソン回路の活性は環境条件に依存する

  20・3 ペントースリン酸経路はNADPHを生成し五炭糖を合成する

  20・4 ペントースリン酸経路によるグルコース6-リン酸の代謝は,解糖系と協調している

  20・5 活性酸素種に対する防御には,グルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼが重要な役割を果たす

21.グリコーゲン代謝

  21・1 グリコーゲン代謝は,複数の組織におけるグルコースの制御された放出と貯蔵である

  21・2 グリコーゲンの分解には複数の酵素の相互作用が必要である

  21・3 ホスホリラーゼはアロステリック相互作用の制御下にあり可逆的リン酸化によってあやつられる

  21・4 グルカゴンとアドレナリンはグリコーゲン分解の必要性を知らせるシグナルである

  21・5 グリコーゲンの合成には,複数の酵素とウリジン二リン酸グルコースが必要である

  21・6 グリコーゲンの合成と分解はホルモンによって相互にあやつられている

22.脂肪酸とトリアシルグリセロールの代謝

  22・1 トリアシルグリセロールは高度に濃縮されたエネルギー貯蔵体である

  22・2 燃料として脂肪酸を利用するには3段階の処理が必要である

  22・3 不飽和脂肪酸や奇数鎖の脂肪酸の分解にはさらなる段階が必要である

  22・4 ケトン体は脂質からつくられる燃料分子である

  22・5 脂肪酸は脂肪酸合成酵素により合成される

  22・6 脂肪酸の伸長と不飽和化には補助的な酵素系が働く

  22・7 アセチルCoAカルボキシラーゼは脂肪酸代謝の調節において重要な役割を果たす

23.タンパク質代謝回転とアミノ酸異化作用

  23・1 タンパク質はアミノ酸に分解される

  23・2 タンパク質代謝回転は厳密に調節されている

  23・3 アミノ酸分解の第一段階は窒素の脱離である

  23・4 ほとんどの陸生脊椎動物ではアンモニウムイオンは尿素に変換される

  23・5 分解されたアミノ酸の炭素原子は主要代謝中間体に現れる

  23・6 先天性代謝異常によりアミノ酸分解が阻止される

24.エネルギー代謝の統合

  24・1 カロリー摂取の恒常性は体重を制御するしくみである

  24・2 絶食-摂食サイクルは摂食・睡眠行動への反応である

  24・3 糖尿病はよくみられる代謝疾患の一つで,肥満から生じることが多い

  24・4 運動は,細胞を生化学的によい方向に変化させる

  24・5 飢餓はタンパク質の消費とケトン体の形成をひき起こす

  24・6 エタノールは肝臓のエネルギー代謝を変化させる

25.アミノ酸の生合成

  25・1 窒素固定:微生物はATPと強力な還元物質を使って大気中の窒素をアンモニアに還元する

  25・2 アミノ酸はクエン酸回路と他の主要経路の中間体からつくられる

  25・3 フィードバック阻害がアミノ酸の生合成を制御する

  25・4 アミノ酸は多くの生体分子の前駆体である

26.ヌクレオチドの生合成

  26・1 ヌクレオチドはde novo経路または再利用経路で合成される

  26・2 ピリミジン環は,二酸化炭素,アンモニア,アスパラギン酸から組立てられる

  26・3 プリン塩基は,グリシン,アスパラギン酸,そして他の原料からつくられる

  26・4 デオキシリボヌクレオチドは,リボヌクレオチドの還元によって合成される

  26・5 ヌクレオチド生合成の重要な段階はフィードバック阻害によって制御されている

  26・6 ヌクレオチド代謝の異常は病気の原因となる

27.膜脂質とステロイドの生合成

  27・1 ホスファチジン酸はリン脂質とトリアシルグリセロール合成の共通の中間体である

  27・2 コレステロールはアセチルCoAから3段階で合成される

  27・3 コレステロールの生合成はいくつかの段階で調節されている

  27・4 コレステロールとイソプレンから重要な生体物質が合成される

28.DNA複製,修復,組換え

  28・1 DNA複製では鋳型に沿ってデオキシリボヌクレオシド三リン酸が重合される

  28・2 DNAの巻き戻しと超らせんはDNAトポイソメラーゼによって制御される

  28・3 DNA複製は,非常にうまく協調しながら進行する

  28・4 さまざまな型のDNA損傷は修復することができる

  28・5 DNA組換えは,複製,修復などの過程において重要な役割を果たしている

29.RNAの機能,合成とプロセシング

  29・1 RNA分子は遺伝子発現においてさまざまな役割を担う

  29・2 RNAポリメラーゼが転写を触媒する

  29・3 転写は緻密に制御されている

  29・4 RNA転写産物はプロセシングを受ける

  29・5 触媒RNAの発見から独特なスプライシング機構が明らかになった

30.タンパク質生合成

  30・1 タンパク質の生合成には,核酸の塩基配列をアミノ酸配列に翻訳する必要がある

  30・2 アミノアシルtRNA合成酵素が遺伝暗号を成立させる

  30・3 リボソームは,タンパク質合成が行われる場である

  30・4 小胞体に結合したリボソームは,分泌タンパク質と膜タンパク質を産生する

  30・5 さまざまな抗生物質と毒素がタンパク質生合成を阻害する

31.遺伝子発現の調節

  31・1 細菌のDNA結合タンパク質は特異的な調節部位に結合する

  31・2 細菌では複数の遺伝子が集積して一つの制御配列により調節される

  31・3 調節回路の働きによって遺伝子発現のパターンが切替わる

  31・4 真核生物の遺伝子発現調節はより複雑である

  31・5 真核生物の遺伝子発現調節にはクロマチンリモデリングが必要である

  31・6 真核生物の遺伝子発現は転写後の段階でも調節される

32.創薬開発の原理

  32・1 薬の発見は標的の同定と検証から始まる

  32・2 リード分子は,多くの方法で発見される

  32・3 化合物は薬として開発されるためには厳格な基準に適合しなければならない

  32・4 バイオロジクスは薬の一員として増加し続けている

  32・5 医薬品の臨床開発は複数の段階を経て進む

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