地球と生命の起源と歴史、更に、人類への進化についてです。【…

 地球と生命の起源【概略】地球と生命の起源と歴史、更に、人… 

地球と生命の進化【概説】地球と生命の起源と歴史、更に、人類… 

 

生命の構成要素

細胞壁

成分の起源は、タンパク質?糖?植物の細胞壁菌類の細胞壁真正細菌の細胞壁古細菌の細胞壁

参考、セルロース、キチン、ペプチドグリカン、S層とシュードムレイン、ペリプラズム、ジアミノピメリン酸

  

細胞膜

膜だけだった?原始生命体。リン脂質膜タンパク質(内在性膜タンパク質・表在性膜タンパク質)、糖鎖

参考、分泌、イオノフォア、非リボソームペプチド

  

細胞骨格

細胞の形態維持や運動に関わる小器官。

真核生物の細胞骨格(アクチンフィラメント・中間径フィラメント・微小管)、原核生物の細胞骨格(アクチン様タンパク・クレセンチン・FtsZ)

参考、アクチン、チューブリン、分子クラウディング効果、アナログ、ホモログ

  

リボソーム

起源はRNA ポリメラーゼ?リボソームリボソームRNAリボソームタンパク質

参考 、RNAポリメラーゼ、沈降速度

  

小胞体

タンパク質や脂質等の合成工場粗面小胞体滑面小胞体

参考、シトクロム、シトクロムP450、小胞体ストレス、ユビキチン、プロテアソーム

  

ゴルジ体

糖鎖付加工場。ゴルジ体(シスゴルジ網・ゴルジ層板(シス嚢・中間嚢・トランス嚢)・トランスゴルジ網)、ゴルジ小胞と小胞輸送

ゴルジ体の機能(タンパク質の修飾・多糖類の合成・低分子化合物の分泌・タンパク質の選別)

参考、グリコシル化(N-結合型 ・ O-結合型 ・ GPIアンカー ・ C-マンノシル化)、メイラード反応

  

リソソーム

細胞の消化器官。リソソーム、エンドサイトーシス(飲作用・食作用)、エキソサイトーシス、エンドソーム、クラスリン、

オートファジー(マクロオートファジー・ミクロオートファジー・シャペロン介在性オートファジー・プログラム細胞死)、液胞

 

細胞核

遺伝情報の保存場所。核膜核膜孔核質核小体クロマチンラミン

参考、核様体、プラスミド

  

ミトコンドリア

真核生物のエネルギー産生器官となったバクテリア。ミトコンドリアの起源(ペラジバクター)、構造(外膜・膜間腔・内膜・マトリックス)、

機能(エネルギー産生(クエン酸回路・電子伝達系・β酸化)・熱産生・アポトーシス・カルシウム貯蔵)、ミトコンドリアゲノム

参考、アーケゾア、ステロイド、ヘム、リンゴ酸、グリオキシル酸、ミトコンドリアのシャトル系、

アミノ基転移、S-アデノシルメチオニン、メチルトランスフェラーゼ、ペルオキシソーム、細胞融合

 

葉緑体

光合成を行う小器官。葉緑体の起源形状機能藻類の葉緑体

参考、ピレノイド、カルボキシソーム、盗葉緑体現象

  

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生命の代謝

膜電位

細胞膜ワールド。膜電位の原理:静止電位の形成・イオン分布の差を引き起こす要素(イオンポンプによる移動・イオンチャネルによる移動・

膜電位そのものによるもの)、平衡電位、静止膜電位、脱分極と過分極、ナトリウム-カリウムポンプ、カリウム漏洩チャネル

 

 活動電位: 活動電位の仕組み(静止電位・刺激・脱分極・ピーク・再分極・過分極・不応期・閾値・回路モデル)、

活動電位の伝導(無髄線維・有髄線維)、電位依存性Na+チャネル

 

嫌気呼吸

エネルギー代謝の起源?嫌気的解糖硝酸塩呼吸硫酸塩呼吸炭酸塩呼吸その他

 

電子伝達系

複合体IとII複合体III複合体IV電子伝達:NADH→複合体I(プロトンポンプとキノンサイクルでプロトンを膜外に放出)→

ユビキノン(複合体II(コハク酸デヒドロゲナーゼ)でも生じます)→複合体III(スカラー反応)→シトクロムC(真正細菌はキノン)→

複合体IV(プロトンポンプ、真正細菌はスカラー反応)→酸素(水が生成))、ATP合成酵素

 

光合成

起源は、電子伝達系と解糖系?酸素が発生しない光合成もあります。光合成(酸素発生型・酸素非発生型・ロドプシン型)、葉緑体

光化学反応酸素発生型(非循環的電子伝達系(電子伝達:光(赤色)→PSIIキノン型。クロロフィル 680nm)→プラストキノン→シトクロムb6/f複合体

プラストシアニン→PSI鉄硫黄型。クロロフィル 700nm)→フェレドキシン→NADPH→CFo-CF1ATP合成酵素→光リン酸化)・循環的電子伝達系)・

酸素非発生型紅色細菌(PS IIに対応、電子伝達:光(赤外線)→P870バクテリオクロロフィル)→ユビキノン→

シトクロムbc1複合体呼吸鎖複合体III)→シトクロムc2→シトクロムオキシダーゼ呼吸鎖複合体IV)→酸素)・

緑色硫黄細菌(PS Iに対応、電子伝達:光(赤外線)→P840バクテリオクロロフィル)→フェレドキシン→NAD+呼吸鎖複合体I→メナキノン (ビタミンK2)

シトクロムbc1複合体呼吸鎖複合体III) →シトクロムc→P840)・バクテリオロドプシン

カルビン回路(D-リブロース-1,5-ビスリン酸・ 3-ホスホグリセリン酸・2,3-ホスホグリセリン酸・1,3-ビスホスホグリセリン酸・

グリセルアルデヒド-3-リン酸・ジヒドロキシアセトンリン酸・セドヘプツロース-7-リン酸・リボース-5-リン酸・キシルロース-5-リン酸・

フルクトース-1,6-ビスリン酸・フルクトース-6-リン酸・エリトロース-4-リン酸)

参考、光受容体タンパク質(赤色:フィトクロム、青色:クリプトクロム・フォトトロピン、可視光線・紫外線・赤外線)、

ポリリン酸、ニトロゲナーゼ、亜硫酸酸化酵素、モリブデン、亜硫酸還元酵素、フェレドキシン

  

解糖系

 エムデン・マイヤーホフ経路( EM経路 :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・ジヒドロキシアセトンリン酸 /

グリセルアルデヒド3-リン酸・1,3-ビスホスホグリセリン酸・3-ホスホグリセリン酸・2-ホスホグリセリン酸・ホスホエノールピルビン酸・ピルビン酸 )、

 エントナー・ドウドロフ経路( ED経路 :グルコース・グルコース-6-リン酸・6-ホスホグルコン酸・2-ケト-3-デオキシ-6-ホスホグルコン酸・

ピルビン酸 + グリセルアルデヒド-3-リン酸)、

 ペントースリン酸経路( PP経路 :グルコース-6-リン酸・6-ホスホグルコノ-1,5-ラクトン・6-ホスホグルコン酸・リブロース-5-リン酸・リボース-5-リン酸・

キシルロース-5-リン酸・グリセルアルデヒド-3-リン酸・セドヘプツロース-7-リン酸・フルクトース-6-リン酸・エリトロース-4-リン酸)

 

クエン酸回路

 クエン酸回路(オキサロ酢酸 + アセチルCoA・クエン酸・cis-アコニット酸・イソクエン酸・オキサロコハク酸・α-ケトグルタル酸・スクシニルCoA・

コハク酸・フマル酸・L-リンゴ酸)、還元的クエン酸回路

 

イソプレノイド合成

メバロン酸経路 :酢酸 → アセチルCoA(活性酢酸) → アセトアセチルCoA → HMG-CoA → メバロン酸 →

  5-ホスホメバロン酸 → 5-ジホスホメバロン酸 → イソペンテニル二リン酸( IPP ) → ジメチルアリル二リン酸( DMAPP )

非メバロン酸経路 :ピルビン酸 + グリセルアルデヒド- 3-リン酸 → DOXP → MEP →

  CDP-ME → CDP-MEP → MecPP → HMB-PP → IPP又は DMAPP

イソペンテニル二リン酸( IPP )と、ジメチルアリル二リン酸( DMAPP )の合成経路

参考、プレニル化反応

  

DNA複製

DNA複製と、その起源について。複製開始(イニシエーターによる巻き戻し・プライマー合成・親鎖への娘鎖伸長に関わるタンパク質の集合)、

伸長段階(リーディング鎖合成・ラギング鎖合成)、終結

DNA複製酵素 :ヘリカーゼ、プライマーゼ、DNA ポリメラーゼ、DNAトポイソメラーゼ、DNAリガーゼ、テロメラーゼ、逆転写酵素、リボヌクレアーゼ

参考、ローリングサークル型複製、複製フォーク、複製バブル、レプリコン、プライモソーム、複製装置(レプリソーム)、DNAクランプ、クランプローダー、

半保存的複製、半不連続的複製、リーディング鎖、ラギング鎖、岡崎フラグメント、一本鎖DNA結合タンパク質(SSB)、ニックトランスレーション、

よじれ解消機構(スイベル)、カテナン、脱カテナン化、末端複製問題

  

転写

遺伝子から、RNAを合成する反応。開始伸長終結

参考、アボーティブ転写産物

  

翻訳

mRNAの情報から、タンパク質を合成する反応。細菌の翻訳真核生物の翻訳古細菌の翻訳

参考、シャイン・ダルガノ配列

  

DNAメチル化

DNA誕生や、DNAとタンパク質のコラボの立役者?DNAメチル化(ほ乳類、植物、真菌、細菌)、エピジェネティクス

  

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生体分子

アミノ酸1

グリシンアラニンセリントレオニンシステインメチオニン

参考、葉酸(5,10-メチレンTHF、5-メチルTHF、 5,10-メテニルTHF 、10-ホルミルTHF)・

テトラヒドロ葉酸、SAM(S-アデノシルメチオニン)、3-ホスホグリセリン酸、インテイン

 

アミノ酸2

アスパラギン酸グルタミン酸アスパラギングルタミンアルギニンヒスチジンリシンプロリン

参考、オキサロ酢酸、α-ケトグルタル酸、

尿素回路(カルバモイルリン酸・オルニチン・シトルリン・アスパラギン酸・アルギニノコハク酸・フマル酸・アルギニン・尿素)、ヒストン

 

アミノ酸3

バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン

参考、シキミ酸経路(ホスホエノールピルビン酸・エリトロース-4-リン酸・シキミ酸・コリスミ酸)、フラボノイド(クマル酸CoA + マロニルCoA→カルコン→フラバノン→

フラボノイド。アントシアニン・カテキン・イソフラボン)、植物ホルモン(オーキシン、ジベレリン、サイトカイニン、アブシシン酸、エチレン、ブラシノステロイド、ジャスモン酸類、フロリゲン、ストリゴラクトン、植物ペプチドホルモン、サリチル酸等)

 

生体高分子の起源?糖の構造性質分類単糖(グリセルアルデヒド・ジヒドロキシアセトン、エリトロース・トレオース・エリトルロース、

リボース・キシロース・アラビノース・アピオース、リブロース・キシルロース、グルコース・マンノース・ガラクトース・フルクトース・ソルボース、セドヘプツロース)・

二糖オリゴ糖多糖デオキシ糖ウロン酸アミノ糖糖アルコール

参考、アルデヒド、ケトン、アセタール、グリコールアルデヒド

 

脂質

細胞膜の起源を考える。単純脂質(アシルグリセロール・セラミド)、複合脂質リン脂質(ホスファチジルコリン(レシチン)・

ホスファチジルエタノールアミン(セファリン)・ホスファチジルセリン・ホスファチジルイノシトール・ホスファチジルグリセロール・

ジホスファチジルグリセロール(カルジオリピン)・スフィンゴミエリン)・糖脂質(セレブロシド・ガングリオシド・糖スフィンゴリン脂質))、

誘導脂質脂肪酸飽和脂肪酸(パルミチン酸)・不飽和脂肪酸(ステアリン酸・オレイン酸・ω-6脂肪酸(リノール酸・γ-リノレン酸・アラキドン酸)・

ω-3脂肪酸(α-リノレン酸・EPA・DHA)))・イソプレノイド等)

 

テルペン

イソプレン( C5 )からできる生体物質。テルペンの生合成分類ヘミテルペン(C5。プレノール・ドリコール・チグリン酸・アンゲリカ酸・イソ吉草酸)、

モノテルペン(C10。ゲラニル二リン酸から生成。非環式:ミルセン・オシメン・イプスジエノール・シトラール・イオノン・シトロネラール・ローズフラン・ペリレン・

ゲラニル酸・単環式:チオテルピネオール・イリドイド・リモネン・テルピノレン・テルピノレン・メントール・カルベオール・ジヒドロカルベオール・ユーカリプトール・

二環式:3-カレン・ツジェン・ピノカルボン・カンファー)、セスキテルペン(C15。ファルネシル二リン酸から生成。非環式:ファルネソール・デンドロラシン・

アブシジン酸・幼若ホルモン・単環式:ジンジベレン・ビサボレン・ビサボール・多環式:カリオフィレン・カジナジエン・プソイドグアジャネン類・ヒマカラン・ダウカン・

メルリジアール・カミグラン)、ジテルペン(C20。ゲラニルゲラニル二リン酸から生成。フィトールは、ビタミンE・Kの前駆体)、トリテルペン(C30。スクアレンから生成。リモニン・ラノステロール・ファシクロール(E、F))、テトラテルペン(C40。フィトエンから生成。カロテン・キサントフィル))

参考コレステロール、脂質ラフト

 

核酸塩基

プリン塩基(アデニン、グアニン)、ピリミジン塩基(ウラシル、シトシン、チミン)

 プリン塩基    :リボース5リン酸 → PRPP → → イノシン酸( IMP ) → AMP ・ GMP、

 ピリミジン塩基 :カルバモイルリン酸 → → オロチン酸 → → ウリジル酸( UMP ) → CTP(アミノ化) ・ dTMP(メチル化)

 

ヌクレオシド三リン酸

元々は、生命反応のためのエネルギー貯蔵庫?ATPGTP(GTP 結合タンパク質:Gタンパク質・低分子 GTP 結合タンパク質・タンパク質翻訳で働く因子・

チューブリン・グアニル酸シクラーゼ)、CTP(CDPコリン・CDPエタノールアミン)、UTP(UDPグルコース・UDPガラクトース・UDPグルクロン酸)

参考、高エネルギーリン酸結合、低分子GTP結合タンパク質( Ras )、グリセロリン脂質(レシチン・ホスファチジルエタノールアミン・ホスファチジルセリン)、

糖ヌクレオチド(UDP-グルコース・UDP-ガラクトース・UDP-グルクロン酸)、ビタミンC、ビタミンE、ラジカル

 

mRNA

起源は一本鎖プラス鎖RNAウイルス?伝令RNA( mRNA )、mRNA前駆体、5' 非翻訳領域、3' 非翻訳領域 

5'キャップ、poly ( A ) 鎖、オープンリーディングフレーム、転写減衰、RNAエディティング、Aluエレメント

 

ncRNA

タンパク質に翻訳されずに機能するRNA。tRNArRNAmRNA型ncRNAmRNAの非翻訳領域snRNAsnoRNAmiRNAdsRNAtmRNA

参考、リボザイム、リボスイッチ、イントロン、レトロトランスポゾン、その他 :シスエレメント・オペロン・RNAi・スプライシング

 

ポルフィリン

酵素(タンパク)の起源?金属タンパク質補酵素(キノン・ビタミン)、ポルフィリン

参考、化学結合 :分子内結合(共有結合、配位結合、金属結合)、分子間力(イオン結合、水素結合、双極子相互作用、ファンデルワールス力)、

その他(ジスルフィド結合、ペプチド結合、ホスホジエステル結合、グリコシド結合)、

 解離定数、酸解離定数、質量作用の法則、アレニウスの式、吸光係数(ランベルト・ベールの法則)、

 アミノレブリン酸シンターゼ、スクシニルCoA、コハク酸、コハク酸デヒドロゲナーゼ(複合体II)

 

キノンワールド

細胞膜で活躍する分子たち。キノン、脂溶性ビタミン: ビタミンA(レチノール・レチナール・レチノイン酸・ロドプシン)

ビタミンD(エルゴカルシフェロール・コレカルシフェロール・カルシウム)・ビタミンE(抗酸化物質)・ビタミンK(フィロキノン・メナキノン・電子伝達体)

 

イオンチャネル

起源はプロトンポンプ?イオンチャネル(ナトリウムチャネル・カリウムチャネル・カルシウムチャネル・アクアポリン)、プロトンポンプポリン

 

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相互作用

相互作用

創発現象からなる生命。相互作用

参考 : 創発、グラフ理論(有向グラフ・無向グラフ・頂点と辺・重み付きグラフ・接合と隣接・距離と直径・ループと多重グラフ・部分グラフと親グラフ・次数と正則グラフ・

ウォークとサイクル・完全グラフとクリーク)、スモール・ワールド現象(六次の隔たり現象:エルデシュ数・ベーコン指数、

スケールフリーネットワーク・ブロードスケールネットワーク・シングルスケールネットワーク)、超伝導、フォノン

 

界面

エネルギーや物質をやり取りする場。 界面について

界面、吸着(物理吸着・化学吸着)、表面科学(表面とバルク・ミラー指数・ダングリングボンド)、真空(真空ポンプ)、単結晶

 

生物群集

生物間の相互作用。生物群集ニッチ(棲み分け、競争排除、食い分け)、遷移食物連鎖(食物網)ロトカ=ヴォルテラの方程式

 

真社会性

ハチやアリの社会はすごい。真社会性生物真社会性の定義真社会性の進化:前段階(亜社会性・側社会性)・社会性の進化・社会性昆虫の繁栄、

分類:ハチ目・シロアリ目・カメムシ目・コウチュウ目・アザミウマ目・十脚目(テッポウエビ科)・哺乳類(ハダカデバネズミ)・群体、群れの運営

 

生活環

成長と生殖のサイクル。規則的な生活環(単相単世代型・複相単世代型・単複世代交代型・特殊な型)、

可変的な生活環(単為生殖・相変異・幼生による生殖)、体細胞分裂減数分裂染色体(姉妹染色分体、相同染色体、二価染色体)

 

有性生殖

元々は、DNA修復や外来DNAの取り込みのため?

有性生殖(配偶子、有性生殖の意義、有性生殖のパラドックスに対する仮説:マラーのラチェット・環境に適応するスピード・コンドラショフの効果・赤の女王仮説)、

接合(一般型、特殊型、繊毛虫、細菌)、プラスミド

 

細胞周期

一つの細胞が二つの細胞になる周期。細胞周期の制御(細胞周期エンジン、細胞周期チェックポイント)、間期(G1期・S期・G2期)、

M(分裂期)、静止期(G0期) 、チェックポイント(G1/Sチェックポイント、S期チェックポイント、G2/Mチェックポイント、M期チェックポイント)

参考、ユビキチン、シャペロン、p53遺伝子、Rb遺伝子、BRCA1遺伝子

 

コドン

核酸とタンパク質をつなぐ暗号。核酸タンパク質コードの翻訳コードの共通点コドン表アミノ酸の採用

 

tRNA

RNAとアミノ酸をつなぐ、アダプター。tRNAアミノアシルtRNA合成酵素

参考、タンパク質の構造(一次から四次構造、モチーフ、ドメイン、フォールディング、アンフィンセンのドグマ、ロイシンジッパー・Znフィンガー)

 二次構造 :ヘリックス(αヘリックス、βヘリックス、コラーゲンヘリックス等)、平面構造(βシート、βヘアピン、βバルジ、αシート、ターン)、

超二次構造(コイルドコイル、ヘリックスターンヘリックス、EFハンド)

 三次構造 :αフォールド(ヘリックスバンドル、グロビンフォールド、ホメオドメインフォールド、αソレノイド)、

βフォールド(免疫グロブリンフォールド、βバレル、βプロペラドメイン)、

α/βフォールド(TIMバレル、ロイシンリッチリピート、フラボドキシンフォールド、チオレドキシンフォールド、三葉結び目フォールド)、

α+βフォールド(フェレドキシンフォールド、リボヌクレアーゼA、SH2ドメイン)

 

アセチルCoA

タンパク質や、脂質等をつなぐ物質。アセチルCoAピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体

補酵素AアセチルCoA以外の誘導体:アセトアセチルCoA、HMG-CoA、プロピオニルCoA、マロニルCoA、スクシニルCoA)、ピルビン酸

参考、チオエステルワールド、

 ビタミンB群 :チアミン(B1)、リボフラビン(B2。FAD)、ナイアシン(B3。NAD)、パントテン酸(補酵素A)、

ピリドキシン(B6)、ビオチン(B7)、葉酸(テトラヒドロ葉酸)、シアノコバラミン(B12)

 複素環式化合物 :ピロール、ホスホール、フラン、チオフェン、イミダゾール、オキサゾール、チアゾール、

ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、プテリジン、プリン、インドール

 

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参考

 ウィキペディア

 

 大人のための図鑑:地球・生命の大進化(新星出版社)

 生命大躍進(NHK出版)

  生命の歴史:進化と絶滅の40億年(サイエンス・パレット)

 発生生物学:生物はどのように形づくられるか(サイエンス・パレット)

 分子からみた生物進化(ブルーバックス)

 新しいウイルス入門(ブルーバックス)

 昆虫はもっとすごい(光文社)

 完全図解周期表第2版(Newton別冊)

 マンガでわかる無機化学・有機化学(サイエンス・アイ新書)

 化学の基本ノート(有機化学・物理化学)(中経出版)

 よくわかる分子生物学の基本としくみ(秀和システム)

 よくわかる微生物学の基本としくみ(秀和システム)

 身近な数学の記号たち(オーム社)、

 身近な物理の記号たち(オーム社)、

 理系総合のための生命科学(羊土社)、等

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