☆ 水車 ミグル 、のように、 回って、
タンパク質から成る、 酵素 コウソ 、
たちの各々が、
ＡＴＰ 、 を、 成す ❗ ;
☆ ネット記事➕論弁群➕ ;
2019/ 5/25 (土) 15:49: 1.295
ID: fTMwy4SA0 ;
分解する際の、 電子の結合を切り離す、
事で、 エネルギー 、を得ている 。
酸素 Ｏ２ 、 を吸って、
二酸化炭素 ＣＯ２ 、を吐く、
と言うことは、
食べたモノに含まれる、
炭素化合物に、 酸素を与える事で、
分解して、 結合エネルギー 、を、
他に移している 。
具体的には、 ＡＤＰ
≒ 『 アデノシン ２ 燐酸 』 、
へ、 もう１つを、
リン酸 ＰＯ４ 、 を付け足して、
ＡＴＰ
≒ 『 アデノシン ３ リン酸 』 、
を合成し、
蓄えとして、 二重結合とかが多い、
『 脂肪 』 、 として、
結合エネルギー 、 を保存している 。
ID: fTMwy4SA0 ;
酸素 Ｏ２ 、 を吸って、
炭素 Ｃ 、 同士の結合間の、
『 エネルギー 』 、 を切り離す、
事で、
『 エネルギー 』 、 を受け取り、
ＡＴＰ 、っていう、
『 筋肉を動かす、 物質 』、 を、
体内で作って、
筋肉や、臓器、 を動かしている。
その際に、 酸素と結合した炭素は、
二酸化炭素 ＣＯ２ 、 として、
呼吸で、 出る。
ＡＴＰ 、 への合成より、
過剰な、 エネルギー 、 は、
電子の結合が多い、 『 脂肪 』 、
として、 蓄えられる。
食えば、太るってのは、 そういう事。
通常は、 人々は、 一日で、
その体重分ほどの、
ＡＴＰ 、 を合成して、 使用している。
これが、
細胞たちの各々の中に、
数個 ～ 数百個 、 もあって、
動き回りさえもする、
『 ミトコンドリア 』 、 の仕事なんよ。
☆ 細胞の中で、
ミトコンドリア 、らが、 動き回れる、
という事は、
ミトコンドリアらの各々が、
自らの身柄において、
タンパク質から成る、 酵素 コウソ 、
らの中で、
ＡＴＰ 、を合成する、
酵素たちの各々を回転させるごとに、
ＡＤＰ
≒ 『 アデノシン ２ リン酸 』 、
へ、
燐酸 ＰＯ４ 、 を、 付け足して、
ＡＴＰ
≒ 『 アデノシン ３ 燐酸 』 、
を、 作り出し、
その、 ＡＴＰ 、らの各々が、
エネルギー 、 を、 出す、
もとな、 分子なり、 物質なり、
に、 成ってくれてある、
から、で、
ミトコンドリアらの各々は、
動き回れる程に、 自ら、
エネルギー 、を、作り得て、
その動きようらを成す、
事のそのもの、へ、
エネルギー 、を、 使い得る、
状態にある、
という事も意味し得る。
☆ 京都産業大学 ❗ ;
私たちが、 普段に、
活動するのに使っている、
『 エネルギー 』 、 は、 一体に、 何が、
もたらしているのでしょうか。
その答えは、 細胞内にある、
ＡＴＰ 、 という、 分子にあります。
人を含め、あらゆる生物、への、
エネルギー 、の、供給源となる、 ＡＴＰ 、
それを作り出すのが、
タンパク質から成る、 酵素 コウソ 、な、
『 ＡＴＰ 合成 酵素 』 、 です。
その、 ＡＴＰ 、への、 合成の、
具体的な仕組みは、
謎に包まれていましたが、
近年になって、
その詳細が、判明してきました。
意外なことに、
『 ＡＴＰ 合成 酵素 』 、 は、
回転していたのです ❗ 。
人間が、 水車を発明するよりも、
はるかに、 昔から、存在していた、
ナノ・モーター。
世界で初めて、
『 ＡＴＰ 合成 酵素 』、 が回転している、
ことを観察した、 吉田賢右先生に、
お話をうかがいました。
☆ 全ての生物のエネルギー通貨 ❗ ;
物を見る時に、 脳の中では、
どのような、 情報らへの処理が、
行われているのでしょうか。
それを考えるために、
錯視・錯覚を起こす図を用意しました。
ＡＴＰ
（ アデノシン 三 リン酸 ） 、 とは、
生物に必要不可欠な、
エネルギー 、 の供給源です。
植物も、 バクテリアも、 全ての生物は、
この、 ＡＴＰ 、 という、
小さな分子を、
ＡＤＰ
（ アデノシン 二 リン酸 ） 、 と、
リン酸 ＰＯ４ 、 へ、
『 加水分解する 』 、 ことで、
生まれる、
『 エネルギー 』 、 によって、
活動しています。
運動は、 勿論の事に、
細胞の中の、 色々な、
化学反応らを進行させ、
嗅いや味を感じさせたり、 あるいは、
タンパク質から成る、
ＤＮＡ （ 遺伝子 ）
≒ 『 デオキシリボ 核酸 』 、
への複製まで、
あらゆる事に、
『 ＡＴＰ 』 、 は、 用いられます。
いわば、 エネルギー 、 と交換できる、
お金のようなもので、
『 エネルギー 通貨 』 、
と、 呼ばれる事も、 あります。
ＡＴＰ 、が、 分解されて出来た、
ＡＤＰ 、 と、 リン酸 ＰＯ４ 、 は、
食べ物を燃焼して得られる、
エネルギーによって、 再び、
ＡＴＰ 、 に合成されます。
人間の体内には、 わずかに、
数十 グラム ❗ 、
約 ３分間分の、
ＡＴＰ 、しか存在しませんが、
常に、 使っては、 合成しているので、
一日に作られる、 ＡＴＰ 、は、
その人の体重に相当する、 量になります。
この、 ＡＴＰ 、は、
『 ＡＴＰ 合成 酵素 』 、 により、
作られますが、
そのメカニズムについては、
大きな謎でした。
これに対して、
画期的な仮説を立てたのが、
ポール・ボイヤー ( Paul Delos Boyer ,
1918- ） 、 氏です。
彼は、 ＡＴＰ合成酵素は、
回転している、 と、 提唱しました。
この案は、 あまりに、
常識破りであったが為に、 長い間を、
学界では、 相手にされませんでした。
が、 ボイヤー氏の考えは、
実際には、 正しいものだったのです。
そして、 彼の説を裏付けたのが、
世界で初めて、 回転する、
『 ＡＴＰ 合成 酵素 』 、 の、
様らを観察する、 ことに、 成功した、
私たちのグループだったのです。
ＡＴＰ合成酵素に関する研究は、
大変に、重要なものであり、
１９９７年の秋に、 ボイヤー、
ウォーカー、 スコウ映しの、 ３名は、
ノーベル化学賞を授けられました。
私たちも、 ノーベル賞に迫っていた、
と、 思いますが、 ノーベル賞は、
３人までにしか、与えられませんから、
４人目の候補だったのかもしれません。
人間の場合は、
ＡＴＰ合成酵素は、
ミトコンドリアの内膜にあり、
水素イオンたちの流れによって、
ＡＴＰ 、を作っています。
その仕組みを、 水力発電を例にとって、
説明しましょう。
水力発電は、
水の位置エネルギーを、
電気エネルギーに変換するものです。
ダムの堤で、
高所に、 水を貯めておいて、
導水路の中に、 落とし、 その勢いで、
発電機のタービンを回して、
電気を生みます。
ＡＴＰ、への、 合成の場合には、
水素イオン
≒ 『 正電荷、 な、 陽子 、 が、
たった、 １つ、 で、 ある物 』 、
が、 水 、 で、
膜 、が、 ダムの堤 、
『 ＡＴＰ 合成 酵素 』 、が、
『 導水路 』、 と、 『 発電機 』 、
に、 あたります。
水素イオンの濃度差 、 が、
ダムにおける、 水位の高低差 、 です。
ミトコンドリアの外側にある、
水素イオン 、 は、 膜によって、
内側に入るのを塞き止められています。
この、 水素イオン 、たちは、
溜まってくると、
内側との濃度差によって、
膜に点在してある、
ＡＴＰ合成酵素らの中に、
流れこみます。
すると、 その流れの勢いで、
酵素 コウソ 、 の、 中央の、
シャフト
≒ 棒状の回転部品 、 回転軸 、
が、 回って、
発電機の代わりに、
ＡＴＰ 、 を合成する、 機械が働き、
ＡＤＰ 、 と、 リン酸 ＰＯ４ 、 から、
ＡＴＰ 、 を合成するのです。
もちろん、これを続けると、
ミトコンドリア、の内部の、
水素イオンの濃度が上がって、 いずれは、
内外の濃度差が、なくなってしまいそうです。
しかし、 ミトコンドリア 、 では、
食べ物を燃焼すること
（ 細胞 呼吸 ） 、 により、
水素イオンを、 ミトコンドリアの外側へ、
汲み出す、 機構が、 いつも、
働いているので、
水素イオンの濃度差は、 維持され、
ＡＴＰ合成酵素たちは、
ＡＴＰ 、を作り続ける、
ことが、 できるのです。
ＡＴＰ合成酵素が、 回転している、
という事は、 注目に値する、事実です。
私たちの身の回りには、
回転運動が至る所に、見られます。
モーター、 などは、 顕著な例でしょう。
ロボットも、 モーターの回転を、
並進運動に変換して、動いています。
しかし、 生物にとって、 回転は、
特殊な動きなのです。
実際に、 生物における回転運動は、
ＡＴＰ合成酵素 、 以外では、
バクテリアの鞭毛くらいでしか、
存在しません。
回転が、 生物にとって、
例外的な動きである、 ことは、
スクリューで進む、 魚 、や、
プロペラで飛ぶ、 鳥、に、
車輪を持った動物が、 いない、
ことからも、 わかります。
回転してしまうと、
付随する、 血管や神経、 あるいは、
骨、 などの、 器官が、
千切れてしまうからでしょうか。
回転するためには、
情報伝達系や、 エネルギー伝達系、を、
切れないように、 うまく、
組み合わせておかないと、
いけないのです。
ＡＴＰ合成酵素が、 回転できるのは、
回転軸が、 その周囲の、
わっか状な、 固定子、 の中で、
浮いていて、
固定されていない、 からです。
ＡＴＰ合成酵素が、回転する、理由は、
現在の所では、 わかっていません。
回転せずに、
ＡＴＰ 、を合成する機構は、
いくらでも、ありますし、
ＡＴＰ合成酵素、のとは、 反対の仕組みも、
私たちの体内の、 様々な所らで、
見いだせます。
たとえば、 胃袋の内部は、 常に、
【 電子強盗らを、 盛んに成さしめる 】、
『 強い酸性 』 、で、保たれていますが、
これは、 ＡＴＰ、への合成の逆で、
ＡＴＰ 、 を利用して、
水素イオンを、 濃度の低い所から、
高い所へと、汲み上げているのです。
ダムの例えで、言えば、
下流の水を、 ポンプで、
上流に汲み上げているようなものです。
ですから、こ の胃袋の酵素 コウソ を、
逆に使えば、
ＡＴＰ 、 を合成し得る、
という事です。
その仕組みも、 ずっと簡単ですが、
実際には、 これを用いて、
ＡＴＰ 、への、 合成を行っている、
生物は、 いません ❗ 。
では、 なぜに、 あらゆる生物が、
簡単な機構ではなく、
複雑な、ナノ・モーターを使っているのか、
それには、 何か、
重要な理由があるはずです。
もし、 火星で、 命員 メイン 、が、
見つかったとして、 その命員も、
回転によって、
ＡＴＰ 、 を合成していた、 とすれば、
回転には、 宇宙的な普遍性がある、
と、 いえるでしょうが、
現段階では、 まだ、 謎のままです。
それでは、
ＡＴＰ合成酵素が、 回転している、
ことを発見したことは、 一体に、
何の役に立つのでしょうか。
私には、その答えも、わかりません。
役に立つから、ではなく、
知りたいから、研究するのです。
新しい発見がある、と、
考え方が変わるから、 研究するのです。
学問とは、 そういうものです。
何か、ちょっとした発見があって、
ニュースになると、 必ず、
「 その発見は、 何の役に立つのか 」 、
と、 聞かれます。
あるいは、 研究費を申請する場合にも、
何に役立つかを説明しなければならない、
風潮もある。
このような状況で、
「 私の研究は、役立たない 」 、
と、 断言するのは、 難しい事ですが、
といって、 ある研究が、
何の役に立つのかは、 一概には、
言えないのも、 事実です。
結果的に、 役に立つか、 どうかが、
全くの偶然による事も、あるのです。
たとえば、 素数論 、 という、
学問があります。 これは、 昔は、
数学者の遊びのようなものでしたが、
今となっては、 通信、 などの、
暗号論に欠かすことのできない、
基盤となっています。
マクスウェルの電磁気学も、そうです。
当時は、 電気が、 何の役に立つのかは、
誰も、理解していませんでした。
実は、すぐ、役立つものよりも、
百年後に役立つ物の方が、
重要かもしれないのです。
☆ 私達が生きていく為に必要な、
『 エネルギー 』 、は、
食事として取り入れた、
糖
≒ 『 Ｃ６ ➕ Ｈ１２ ➕ Ｏ６ 』 、
や、
脂肪、
などを分解する時に出てくるのだが、
それを実際に使える形にして、
蓄えておくべき、 必要性がある。
ちょうど、 自動車にとっての、
『 ガソリン 』、 にあたるものが、
生きてある体、 な、 生体、の内側では、
ＡＴＰ 、 という、 小さな分子だ。
ＡＴＰ 、は、
リン酸 ＰＯ４ 、 と、
リン酸 ＰＯ４ 、 との間にある、
『 高 エネルギー リン酸 結合 』、
な、 部分に、
『 エネルギー 』 、 を蓄え、
加水分解するときに放出する、
『 エネルギー 』 、を、
生体内の、 反応らを進めるのに、
役立てている。
生き物らは、 沢山の、
ＡＴＰ 、 を必要とするので、
細胞たちの各々の内側に、
いつも、 十億個 ❗ 、もの、
ＡＴＰ 、がある。
細胞の膜、 などの、 生体膜 、は、
必ず、 その両側の、
水素イオン 、たちの濃度が、 異なるので、
膜電位
（ 水素イオンの電気化学ポテンシャル ）
、 が生じる。
この、 エネルギー 、 を利用して、
ＡＤＰ 、 と、 リン酸 ＰＯ４ 、 から、
ＡＴＰ 、 を合成する、
タンパク質な、 ＡＴＰ合成酵素 、は、
ミトコンドリアの内膜、や、
葉緑体のチラコイド膜、 と、
バクテリアの原形質膜、 などの、
生体膜に存在する。
『 膜 電位 』 、 は、
呼吸鎖、な、 タンパク質 、 が、
食物を分解するときに得られる、
『 化学 エネルギー 』 、 を利用して、
『 水素 イオン 』 （ Ｈ➕ ）
≒ 『 正電荷、な、 陽子、の、 一個 』 、 を輸送する、 事によって、形成され、
この膜電位にそって、
水素イオン 、が、
『 ＡＴＰ 合成 酵素 』 、の、
内部を通過するときに、
ＡＴＰ 、 が合成される。
この酵素 コウソ 、 は、
世界で、 最小の回転モーター 、だ ❗ 。
簡単に、 離れ得る、
直径、 な、 高さ、 が、
１０ ｎｍ ナノ・メートル 、
程の、 ２つの回転モーターら
（ Ｆ１ 、 Ｆ０ ） 、が、
結合して、 できている。
ミトコンドリア、 においては、
その、 内膜から、 内側へ、
突き出した、 部分 、 が、
Ｆ１ 、 な、 『 設汰 モータ 』
≒ 『 モーター 』 、 で、
ＡＴＰ 、 をして、
ＡＤＰ 、 と、 リン酸 ＰＯ４ 、 とに、
加水分解をして、 『 回転する 』 。
一方で、 それに連なって、
共に、
『 ＡＴＰ 合成 酵素 』、を成してある、
もう一つの、 『 設汰 モータ 』
≒ 『 モーター 』 、 である、
ＦＯ 、 な、 設汰 、 は、
ミトコンドリア、 の内膜に埋まっている、
その、 部分、 であり、
正電荷、 な、 陽子 、 であり、
他者の枠内の、 電子 ｅ 、 を、
自らの枠内へと、 引き寄せる、
電子強盗 、 を、 働く、
態勢にも、ある、
『 水素 イオン 』 、たちの流れを利用して、
回転する ❗ 。
この、 ＦＯ 、な、 設汰 、は、
棒 、な、 固定子 、 へ対して、
わっか、 な、 回転子 、 が、
その外側を、ぶつける感じで、
『 時計回りに 』、 回転すべくあり、
それに連なってある、
Ｆ１ 、 な、 設汰 、 は、
同じ、 わっか、 な、 回転子、 の、
その内側に、
棒、 な、 回転子 、 が、 位置して、
『 時計とは、 逆回りに 』 、
回転すべくある ❗ 。
Ｆ１ 、 な、 部分である、
設汰 、は、 単独で、
ＡＴＰ 、 へ対して、
水 、な、 分子である、
Ｈ２Ｏ 、 を、 宛 ア て付けて、
相手を分解する、
『 加水 分解 』 、 をする ❗。
この、 ２つの設汰ら、は、
互いの回転子、と、 固定子、 とで、
結び合って、 １つ、の、
『 ＡＴＰ 合成 酵素 』、 を、
成してある ❗ 。
ミトコンドリア、の、
ＡＴＰ合成酵素 、 は、
バクテリアの細胞膜にある物、 と、
似ており、
独立した生き物であった、
ミトコンドリア、 への、 先祖員ら、が、
別の、 単細胞、な、生き物の内側へ、
飛び込んで、 共生をはじめた頃には、
既に、 ＡＴＰ合成酵素 、があった、
ことが、 わかる。
この、 小さな酵素 コウソ 、は、
少なくとも、 ２０億年は、 くるくると、
回り続けている事になる ❗ 。
・・回転の速度、と、 水の粘度、に、
目印の長さ、 から、 求められる、
回転に必要な力
（ 回転 トルク ） 、 は、
負荷や、 ＡＴＰ 、の、 濃度によらず、
４０ ｐＮｎｍ 、 と、 一定であり、
荷の重さに、 関係、を、 無しに、
一定の力で、 働く ❗ 、
ことが、 わかった。
ＡＴＰ 、 の濃度を薄くしていく事により、
ＡＴＰ 、が結合する度に、
百２０° 、 づつ、を、 回転する、
ことが、 観察できた ❗ 。
目印を、 検出できる限界まで、小さくして、
回転の最大速度を測定したら、
室温では、 百３０ ＨZ 、 であった。
いずれも、１つの分子を観察したからこそ、
わかった事だ。
・・ＡＴＰ 、の濃度が、
とても薄い時々には、 設汰へ、
ＡＴＰ 、は、 たまにしか、やってこない。
ＡＴＰ 、を結合して、
加水分解するときに、
『 反時計回りに 』 、
百２０° 、 を、 回転した後は、
次の、 ＡＴＰ 、が、 くるまで、
設汰 、は、 止まっている。
Ｆ１ 、な、 設汰 、である、
１分子 、 への、 観察らから、
多くの事らを、 明らかにできたが、
分かるにつれて、 それを、
色々と、操作してみたくなった。
Ｆ１ 、な、 設汰 、 は、
生体内では、
ＦＯ 、 な、 設汰 、 により、
反時計回り、へ対して、
逆に、 回転させられる、 という、
操作を受けて、
ＡＴＰ 、 を合成している。
≒ Ｆ１ 、 な、 設汰 、 が、
反時計回り、を、成してある時には、
ＡＴＰ 、を、 加水分解し、
ＦＯ 、によって、
時計回り、 を、 成してある時には、
ＡＴＰ 、を、 合成させられる ❗ 。
・・回転を観察すると同時に、
電磁石による、 外部磁場を与えて、
分子の向きを操ることを可能にした。
まず、 ＦＯ 、な、 設汰 、と同じ様に、
Ｆ１ 、な、 設汰 、 を、
それの単独な回転の時のとは、
逆である、 時計回り、に、 回転させる、
ことで、 本当に、
ＡＴＰ 、 が合成されるか、 どうか、
を試した。
なるべく、 多くの分子、ら、を、
一斉に、 逆回転させ、
Ｆ１ 、な、 設汰 、 らが、
実際に、 ＡＴＰ 、 たちを合成する、
ことを、 確認できた ❗ 。
外からの力で、 酵素 コウソ 、
としての、 反応を進める、
ことに、 成功したのだ ❗ 。
分子の動きを観察していると、
思いがけない発見がある。
例えば、 せっせと回転しているな、
と、 思った、 Ｆ１ 、な、 設汰 、が、
時々は、 回転を止めて、 しばらくを、
ある角度を中心に、 ブラブラ
（ 回転 ブラウン 運動 ） 、 している、
ことがある。
そして、 思い出したように、
回転を再開するのだ。
このような、 「 活性化 状態 」 、と、
「 不活性化 状態 」 、 との、
２状態での遷移は、
例えば、
『 ＲＮＡ 合成 酵素 』 、 のような、
他の、 タンパク質である、
１分子、 への、 観察らからも、
報告されている。
Ｆ１ 、 な、 設汰 、 が、
ＡＴＰ 、 への、 加水分解の後に、
解離するはずの、 ＡＤＰ 、 を、
強く結合してしまう、
ことが、 あるのだ。
こうなると、 次の、
『 ＡＴＰ 』 、への、
加水分解、 な、 反応を始める事ができず、
回転は、 止まってしまう。
これを、 正式には、
『 ＡＤＰ 阻害型 Ｆ１ 』 、
と言うが、 普段は、
サボっている、 Ｆ１
、 と、 呼んでいる。
これまでの研究で、
Ｆ１ 、の、 回転の再開には、
強く結合した、 ＡＤＰ 、 への、
解離 、が、 必要である、
ことが、 分かっているので、
この、 分子への操作は、
ＡＤＰ 、 への、 解離を促している、
ことになる。
回転の方向に押すと、 目が覚め、
逆方向では、 目が覚めない、
ということは、
回転の方へ向けて、
ＡＤＰ 、への、 親和性が弱まる、
ことを意味する。
これは、 逆方向
（ ＡＴＰ 、 を合成すべき方向 ） 、
へ向けて、
ＡＤＰ、 への、 親和性が強まる、
という事でもある ❗ 。
この性質は、
ＡＴＰ 、への、 『 加水 分解 』 、と、
『 合成 』、 との、 反応らの両立に、
とても、 都合がよい。
Ｆ１ 、 な、 設汰 、 は、
ＡＴＰ、 への、 加水分解をする時には、
ＡＤＰ 、 を、効率的に、 解離し、
合成をする時には、 逆に、
溶液の中の、 ＡＤＰ 、
を、 効率的に、 結合するべき、
必要性がある。
それらが為に、 特定の回転角度で、
ＡＤＰ 、 を解離するか、
結合するか、 というように、
決めてしまうと、
どちらかの反応効率が、
極端に下がってしまう ❗ 。
しかし、 今回の結果で、
ＦＯ 、な、 設汰 、 が、
Ｆ１ 、 な、 設汰 、 をして、
その単独での時とは、 逆方向に、
押す、 と、
Ｆ１ 、 の、
ＡＤＰ 、 へ対する、 親和性が上昇し、
溶液の中の、 ＡＤＰ 、 を、
すばやく、 結合できる、
ことが、 明らかになり、
効率的な、 ＡＴＰ 、 への、
加水分解と合成との反応らの両立が、
可能になっている、
ことが、 わかった。
興味深いことに、 サボっている、
Ｆ１ 、 をして、 ブラブラしている、
回転の中心で、 停止させると、
回転を再開しなくなる。
放っておけば、 約 ３０秒 、で、
回転を再開するのに、
ブラブラを、 ５分間、を、 とめると、
開放しても、
すぐには、 活性化しない、 のだ。
つまり、 ブラブラ
（ 回転 ブラウン 運動 ） 、が、
自発的な、 回転の再開に、 重要なのだ。
回転の方向に、
ＡＤＰ 、の親和性が、 下がる、
ことを考えると、
ブラブラしている最中に、 たまたまに、
回転の方向へ、 大きく揺れた時には、
ＡＤＰ 、が外れて、
活性化するのが、
自発的な、 回転の再開なのであろう。