☆ 水車のように回転する、
タンパク質らにより、 合成される、
エネルギーへの源な、 ＡＴＰ ;
『 アデノシン ３ 燐酸 』 ❗ ;
☆ 日本医学 ; 和方 ❗ ;
三石分子栄養学➕藤川院長系; 代謝医学❗ ;
☆ 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 ❗ ;
☆ 根途記事➕論弁群➕ ;
2019/ 5/25 ( 土 ) 15:49: 1.295 ;
◇◆ 『 エネルギー 』 ;
【 物を、 ある１つの向きへ、動かす、
物理学における、 意味での、 仕事 、
を、 成す、 能力 】 ;
。
☆ 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、 必要にして不可欠な、
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、 勿論な事に、
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 』 ;
≒ 【 タンパク質、な、 遺伝子、
の、 本体である、
『 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。
『 ＡＴＰ 』 、は、
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 』 ;
≒
酸素 サンソ Ｏ 、と結び付けて ;
、 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 、 たちしか、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年 ～ ） 、 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、 正しい物だったのです。
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。
タンパク質、 な、
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、 スコウ氏らな、 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 Ｈ➕ 』 ;
≒
【 正電荷、 な、 『 陽子 』 ;
『 プロトン 』 ; 、 が、
単独、 で、 あり、 かつ、
負電荷、な、 電子 ｅ➖ 、
との、 水素 Ｈ 、 な、
原子の枠組を成す形での、
結び付きよう、 を、
欠いてある、状態にある物 】 ;
、
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、
高い所に、 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 、 であり、
膜 、が、 ダムの堤 、
であり、
『 ＡＴＰ 合成 酵素 』 、が、
『 導水路 』、 と、 『 発電機 』 、
に、 あたります。
水素イオンたちの濃度の差 、 が、
ダムにおける、
水位の高低の差 、 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 セ 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、
内側との濃度の差によって、
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 』 ;
≒
【 棒状の回転する部品 、
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 ;
、 と、 から、
ＡＴＰ 、 を合成するのです。
もちろんな事に、 これを続けると、
ミトコンドリア、の内部の、
水素イオンたちの濃度が上がって、
いずれは、 内外の濃度の差が、
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 、たちを、
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、
水素イオンたちの濃度の差は、
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。
≒
【 あるべき、代謝員ら、への、
あるべき、度合いら、での、
摂取らにおいて、 不足性らを成す、
度合いら、が、 一定以上にあると、
こうした、 ミトコンドリアらの、
各々ごとの、 仕事ら、も、
より、 阻害される事になり、
病院などへ行って、 診てもらっても、
原因が不明である、 と、される、
症状らを、 その主らに成し付ける、
事にも成る❗ 】 。
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、
回転な運動が、
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、
並進する運動に変換して、
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、
回転な運動は、
ＡＴＰ合成酵素 、 以外では、
『 バクテリア 』 ;
【 単細胞な、 細菌 】 ; 、の、
鞭 ムチ 、のような、 毛である、
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、
回転する軸が、 その周囲の、
わっか状な、 固定子、 たちの中で、
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 、 たちを、
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、
『 炭水化物な、 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 、 たちがある。
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 ;
、 と、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、
回転の最大での速度を測定したら、
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、 しばらくは、
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 モータ 、 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。
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、
どちらかの反応での効率が、
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、
解放しても、
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。
・・続きは、 ブログ ;
『 夜桜や 夢に紛れて 降る、寝酒 』
、で❗。