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2020年10月31日
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 14
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 14
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚(visual perception)とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
光受容体のための11-cisレチナールの生成
Generation of 11-cis Retinal for Photoreceptors
RPEにて
滑面小胞体 sER/smooth endoplasmic reticulum(リボソーム付着なし )に関わる3つの酵素が
オールトランスレチノールretinolを11-シスレチナールtetinalに変換
RPE細胞に入った後
オールトランスレチノールretinolは細胞レチノイド結合タンパク質（CRBP）に移され
RPE最初の視覚サイクル酵素であるレシチンレチノールアシルトランスフェラーゼ
lecithin retinol acyl transferase(LRAT:4番染色体に含まれる）に送達される.
LRATは オールトランスレチノールtetinolを膜内のホスファチジルコリンphosphatidyl choline に結合
オールトランスレチニルエステルall-trans retinyl esters を生成す.
更に 体循環systemic circulationからのオールトランスレチノールは
LRATによるエステル化esterificationのために
RPE細胞の基底表面basal surfaceを通って視覚サイクルに入ることができる
LRATによって生成されるエステルは 眼のレチノイドretinoidの主要な貯蔵形態であり
それら蓄積は 視覚サイクル反応を促進する重要な起動力となる
尚且つ それらは視覚サイクル促進の基板として 11-cis網膜再生に必須である
視覚サイクルの次のステップでは
オールトランスレチニルエステルretinyl esterの加水分解hydrolysisiと異性化isomerizationを
同時に行い、11-シスレチノールretinolを生成す
異性化と加水分解のカップリングは
RPE65retinoid isomerohydrolase(1番染色体に含まれる) タンパク質 酵素によって促進され
RPE65は11-cisレチノイドretinoidの再生に不可欠で
RPE65がなければ イソメロヒドロラーゼ活性化isomerohydrolase activity はない
イソメロヒドロラーゼ反応後の11-シスレチノールretinolは
細胞レチナール結合タンパク質（Retinaldehyde-binding protein 1 /RLBP1
(15番染色体に含まれる:11-シスレチノイドに 高い親和性を持つレチノイド結合タンパク質）と結合
RLBP1 はRPEの3番目と最後の酸化還元反応のために11-cisレチノールretinolを
11-cisレチノールデヒドロゲナーゼ（11-cis RDH retinol dehydrogenase）へ送る
11-cis RDHは補酵素coenzyme NAD/nicotinamide adenine dinucleotide
(電子伝達体.脱水素酵素の補酵素.酸化型 (NAD+) 還元型 (NADH) )として
11-cisレチノールretinolを11-cisレチナールretinalに酸化
新しく生成された11-cisレチナールretinalは網膜下腔sub-retinal spaceを通過して光受容体に再び入る
この場合も
IRBP/retinol-binding proteins/RBP(膜輸送体 membrane transport protein:
生体膜を貫通し 非自発的な輸送を司る) は この輸送を促進
11-cisレチナールを光受容体に向かう途中の異性化から保護する
外側セグメントに入った後 新しく生成された11-cisレチナールretinalはオプシンopsinと結合
機能的な視覚色素を再生してサイクルを完了
たのしい演劇の日々
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚(visual perception)とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
光受容体のための11-cisレチナールの生成
Generation of 11-cis Retinal for Photoreceptors
RPEにて
滑面小胞体 sER/smooth endoplasmic reticulum(リボソーム付着なし )に関わる3つの酵素が
オールトランスレチノールretinolを11-シスレチナールtetinalに変換
RPE細胞に入った後
オールトランスレチノールretinolは細胞レチノイド結合タンパク質（CRBP）に移され
RPE最初の視覚サイクル酵素であるレシチンレチノールアシルトランスフェラーゼ
lecithin retinol acyl transferase(LRAT:4番染色体に含まれる）に送達される.
LRATは オールトランスレチノールtetinolを膜内のホスファチジルコリンphosphatidyl choline に結合
オールトランスレチニルエステルall-trans retinyl esters を生成す.
更に 体循環systemic circulationからのオールトランスレチノールは
LRATによるエステル化esterificationのために
RPE細胞の基底表面basal surfaceを通って視覚サイクルに入ることができる
LRATによって生成されるエステルは 眼のレチノイドretinoidの主要な貯蔵形態であり
それら蓄積は 視覚サイクル反応を促進する重要な起動力となる
尚且つ それらは視覚サイクル促進の基板として 11-cis網膜再生に必須である
視覚サイクルの次のステップでは
オールトランスレチニルエステルretinyl esterの加水分解hydrolysisiと異性化isomerizationを
同時に行い、11-シスレチノールretinolを生成す
異性化と加水分解のカップリングは
RPE65retinoid isomerohydrolase(1番染色体に含まれる) タンパク質 酵素によって促進され
RPE65は11-cisレチノイドretinoidの再生に不可欠で
RPE65がなければ イソメロヒドロラーゼ活性化isomerohydrolase activity はない
イソメロヒドロラーゼ反応後の11-シスレチノールretinolは
細胞レチナール結合タンパク質（Retinaldehyde-binding protein 1 /RLBP1
(15番染色体に含まれる:11-シスレチノイドに 高い親和性を持つレチノイド結合タンパク質）と結合
RLBP1 はRPEの3番目と最後の酸化還元反応のために11-cisレチノールretinolを
11-cisレチノールデヒドロゲナーゼ（11-cis RDH retinol dehydrogenase）へ送る
11-cis RDHは補酵素coenzyme NAD/nicotinamide adenine dinucleotide
(電子伝達体.脱水素酵素の補酵素.酸化型 (NAD+) 還元型 (NADH) )として
11-cisレチノールretinolを11-cisレチナールretinalに酸化
新しく生成された11-cisレチナールretinalは網膜下腔sub-retinal spaceを通過して光受容体に再び入る
この場合も
IRBP/retinol-binding proteins/RBP(膜輸送体 membrane transport protein:
生体膜を貫通し 非自発的な輸送を司る) は この輸送を促進
11-cisレチナールを光受容体に向かう途中の異性化から保護する
外側セグメントに入った後 新しく生成された11-cisレチナールretinalはオプシンopsinと結合
機能的な視覚色素を再生してサイクルを完了
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視覚表象と集合的記憶?歴史・現在・戦争 (一橋大学大学院社会学研究科先端課題研究叢書) 新品価格 |
たのしい演劇の日々
2020年10月30日
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 13
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 13
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚(visual perception)とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
光受容体のための11-cisレチナールの生成
Generation of 11-cis Retinal for Photoreceptors
光受容体と網膜色素上皮（RPE. retinal pogment epithelium）の関係は
解剖学的に視覚サイクルの重要点である
網膜の光受容体は 網膜層の深奥に位置し 更に感光性の外側部分セグメントは
瞳孔に入る光からより遠い網膜層に在る
この配置では 光が光受容体に至るには各網膜層を通過する必要があるが
RPE細胞の特殊な単層に近接して外側セグメントを配置している
神経網膜neural retinaの一部では無いが RPEは光受容体の正常な機能と生存に不可欠で
RPEは視覚サイクルにおける11-cisレチナール再生を担う
古典的な視覚サイクルでは
特殊な酵素とレチノイド結合タンパク質retinoid binding proteinが関与する一連のステップを通じ
11-cisレチナールは再生される
錐体coneは桿体rod同様な視覚システムに拠ると考えられているが
網膜内代替視覚サイクル経路への特権的なアクセスもある
錐体特異な視覚経路の研究が進み 光受容体とRPE間のサイクルは古典的と分類される
古典的視覚サイクルは
光子photonwを受け取る視覚色素分子ロッド外側セグメントで始まる
桿体の外側部分は 脂質二重層lipid bi-layerで作られた積み重ね膜状ディスクが含まれている
オールトランスレチナールall-trans retinalは
活性化されたオプシンからディスク二層の内側の小葉に放出され
ホスファチジルエタノールアミンphosphatidylethanolamineと複合体を形成する
複合体N-レチニリジン-ホスファチジルエタノールアミンは
網膜の特異なATP結合カセットトランスポーター/ABCRにより
細胞質ディスク表面に輸送されオールトランスレチナールとして細胞質に放出される
細胞質cytoplasmに入ると
NADPH依存性反応でオールトランスレチナールretinalが
オールトランスレチノールretinolデヒドロゲナーゼdehydrogenase（at-RDH）によって
オールトランスレチノールretinol（ビタミンA）に還元される.
次に オールトランスレチノールretinolは
光受容体を出
光受容体内レチノイド結合タンパク質（IRBP interphotoreceptor retinoid binding protein）
に結合した網膜下腔sub-retinal spaceを通過し RPEに入る
たのしい演劇の日々
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚(visual perception)とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
光受容体のための11-cisレチナールの生成
Generation of 11-cis Retinal for Photoreceptors
光受容体と網膜色素上皮（RPE. retinal pogment epithelium）の関係は
解剖学的に視覚サイクルの重要点である
網膜の光受容体は 網膜層の深奥に位置し 更に感光性の外側部分セグメントは
瞳孔に入る光からより遠い網膜層に在る
この配置では 光が光受容体に至るには各網膜層を通過する必要があるが
RPE細胞の特殊な単層に近接して外側セグメントを配置している
神経網膜neural retinaの一部では無いが RPEは光受容体の正常な機能と生存に不可欠で
RPEは視覚サイクルにおける11-cisレチナール再生を担う
古典的な視覚サイクルでは
特殊な酵素とレチノイド結合タンパク質retinoid binding proteinが関与する一連のステップを通じ
11-cisレチナールは再生される
錐体coneは桿体rod同様な視覚システムに拠ると考えられているが
網膜内代替視覚サイクル経路への特権的なアクセスもある
錐体特異な視覚経路の研究が進み 光受容体とRPE間のサイクルは古典的と分類される
古典的視覚サイクルは
光子photonwを受け取る視覚色素分子ロッド外側セグメントで始まる
桿体の外側部分は 脂質二重層lipid bi-layerで作られた積み重ね膜状ディスクが含まれている
オールトランスレチナールall-trans retinalは
活性化されたオプシンからディスク二層の内側の小葉に放出され
ホスファチジルエタノールアミンphosphatidylethanolamineと複合体を形成する
複合体N-レチニリジン-ホスファチジルエタノールアミンは
網膜の特異なATP結合カセットトランスポーター/ABCRにより
細胞質ディスク表面に輸送されオールトランスレチナールとして細胞質に放出される
細胞質cytoplasmに入ると
NADPH依存性反応でオールトランスレチナールretinalが
オールトランスレチノールretinolデヒドロゲナーゼdehydrogenase（at-RDH）によって
オールトランスレチノールretinol（ビタミンA）に還元される.
次に オールトランスレチノールretinolは
光受容体を出
光受容体内レチノイド結合タンパク質（IRBP interphotoreceptor retinoid binding protein）
に結合した網膜下腔sub-retinal spaceを通過し RPEに入る
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たのしい演劇の日々
2020年10月28日
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 12
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 12
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚(visual perception)とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
光受容体のための11-cisレチナールの生成Generation of 11-cis Retinal for Photoreceptors
視覚情報処理は 網膜retinaで光受容細胞photoreceptor cellによる光photonの検出から始まる
ヒトは 2つの特殊なタイプの光受容体が異なる条件下で光を検出す
桿体rod光受容体は高感度で薄暗い光の中で視力を仲介し
錐体cone光受容体は明るい光の中で機能 高視力と色覚の両方を仲介す
光を検出するため 桿体と錐体の両方が
ビタミンAの感光性誘導体11-cisレチナールretinalのユニークな特性を利用す
光受容体の11-cisレチナールは
オプシンopsinシグナル伝達タンパク質proteinに共有結合して視覚色素分子を形成す
光の下で 11-シスレチナールはオールトランスall-transレチナールに異性化isomerization
ポリエン鎖polyene chainの直線化がオプシンを活性化す
オールトランスレチナールの形成は 光受容体の活性化と視覚の開始に不可欠だが
オプシンもオールトランスレチナールも光に敏感ではない
光受容体が継続的に機能するためには新しい11-cisレチナールを提供する必要がある
短時間の11-cisレチナール不足は
例えば 夜間対向車のヘッドライトを直視した後 視覚を失う
それは 部分的な桿体の11-cisレチナールの枯渇によるもの
光受容体の正常な機能と生存に十分必要な11-cisレチナールを生成するため
オールトランスレチナールは酵素ensymeを介し11-cisレチナールに変換される(視覚サイクル)
光受容体の11-cisレチナールは シグナル伝達経路活性化オプシンタンパク質にリンクされている
11-cisレチナールとオプシンタンパク質は共に視覚色素visual pigmentだ
オプシンは 11-cisレチナールの結合ポケットを囲み
7つの膜貫通螺旋体trans-membrane helicesを持つ内在性膜タンパク質
オプシン自体は感光性はなく
タンパク質が可視光を吸収するのは11-cisレチナールと結合した場合のみ
さまざまな視覚色素visual pigmentの吸収特性は
11-cisレチナール（哺乳類）とオプシンの間の相互作用によって制御される
例えば ヒトは 赤 緑 青の光に敏感な3種類の錐体cone視細胞photoreceptorも持つ
それぞれわずかに異なるオプシンを発現
特定の錐体coneオプシンと11-cisレチナールの間の独特の相互作用により
特定の波長（または色）の光に対する感受性が生じる
異なる波長の光を吸収するにもかかわらず
オプシンと11-cisレチナールの関係はすべての視覚色素で同じ
暗闇で 11-cisレチナールは逆作働物質 inverse agonistとしてオプシンに結合
オプシンを不活性な 立体配座conformationに保つ
光が視覚色素に当たると
結合ポケット内で11-cisレチナールがall-transレチナールに異性化isomirization
オプシンが活性立体配座になり 光伝達が開始される
新しく形成されたオールトランスレチナールはオプシンを活性化するために必要だが 感光性に欠け
オプシンはオールトランスレチナールを放出
新しい11-cisレチナールに結合し光を検出し続ける必要がある
たのしい演劇の日々
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚(visual perception)とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
光受容体のための11-cisレチナールの生成Generation of 11-cis Retinal for Photoreceptors
視覚情報処理は 網膜retinaで光受容細胞photoreceptor cellによる光photonの検出から始まる
ヒトは 2つの特殊なタイプの光受容体が異なる条件下で光を検出す
桿体rod光受容体は高感度で薄暗い光の中で視力を仲介し
錐体cone光受容体は明るい光の中で機能 高視力と色覚の両方を仲介す
光を検出するため 桿体と錐体の両方が
ビタミンAの感光性誘導体11-cisレチナールretinalのユニークな特性を利用す
光受容体の11-cisレチナールは
オプシンopsinシグナル伝達タンパク質proteinに共有結合して視覚色素分子を形成す
光の下で 11-シスレチナールはオールトランスall-transレチナールに異性化isomerization
ポリエン鎖polyene chainの直線化がオプシンを活性化す
オールトランスレチナールの形成は 光受容体の活性化と視覚の開始に不可欠だが
オプシンもオールトランスレチナールも光に敏感ではない
光受容体が継続的に機能するためには新しい11-cisレチナールを提供する必要がある
短時間の11-cisレチナール不足は
例えば 夜間対向車のヘッドライトを直視した後 視覚を失う
それは 部分的な桿体の11-cisレチナールの枯渇によるもの
光受容体の正常な機能と生存に十分必要な11-cisレチナールを生成するため
オールトランスレチナールは酵素ensymeを介し11-cisレチナールに変換される(視覚サイクル)
光受容体の11-cisレチナールは シグナル伝達経路活性化オプシンタンパク質にリンクされている
11-cisレチナールとオプシンタンパク質は共に視覚色素visual pigmentだ
オプシンは 11-cisレチナールの結合ポケットを囲み
7つの膜貫通螺旋体trans-membrane helicesを持つ内在性膜タンパク質
オプシン自体は感光性はなく
タンパク質が可視光を吸収するのは11-cisレチナールと結合した場合のみ
さまざまな視覚色素visual pigmentの吸収特性は
11-cisレチナール（哺乳類）とオプシンの間の相互作用によって制御される
例えば ヒトは 赤 緑 青の光に敏感な3種類の錐体cone視細胞photoreceptorも持つ
それぞれわずかに異なるオプシンを発現
特定の錐体coneオプシンと11-cisレチナールの間の独特の相互作用により
特定の波長（または色）の光に対する感受性が生じる
異なる波長の光を吸収するにもかかわらず
オプシンと11-cisレチナールの関係はすべての視覚色素で同じ
暗闇で 11-cisレチナールは逆作働物質 inverse agonistとしてオプシンに結合
オプシンを不活性な 立体配座conformationに保つ
光が視覚色素に当たると
結合ポケット内で11-cisレチナールがall-transレチナールに異性化isomirization
オプシンが活性立体配座になり 光伝達が開始される
新しく形成されたオールトランスレチナールはオプシンを活性化するために必要だが 感光性に欠け
オプシンはオールトランスレチナールを放出
新しい11-cisレチナールに結合し光を検出し続ける必要がある
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たのしい演劇の日々
2020年10月19日
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 11
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 11
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚(visual perception)とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
代謝; 生体内 化学反応
生体内での物質の
同化作用anabolic –ATPなど 異化反応によって得たエネルギーを使い 外部から取り込んだ物質を
(タンパク質protein.炭水化物carbohydrate.脂質lipid.核酸nucleic acid等）へ合成synthesize/蓄積
異化作用 catabolic 外部から取り入れた有機物.無機物を水waterやアンモニアammonia 等
単純な低分子まで分解 その過程でエネルギーを得てATPを合成 エネルギーを得る/放出
すべての生物は生命活動に必要なエネルギーを 細胞内異化作用で得る
有機物organic matterに蓄積されたエネルギーの元は 太陽の 光エネルギー/photon
植物はphotonを用いて二酸化炭素carbon dioxideと水waterから有機物を合成
光合成photosynthesis は photonを有機物のエネルギーへと変換する反応
独立栄養生物autotroph :
外界から無機物inorganic matterとphotonを取り込み 有機物を合成して生きる生 物
光栄養生物Phototroph :
光従属栄養生物photoheterotroph 独立栄養生物ではない光栄養生物
これは光リン酸化photophosphorylationによりATPを生成 エネルギーを得るが
体の構成のために有機化合物を利用する
光合成独立栄養生物photoautotroph 植物は二酸化炭素と水からphotonを用いて有機物を合成
従属栄養 生物heterotroph :
( 動物や菌類など) 植物が生 産した有機物を直接/間接に取り込 生きる生物
光リン酸化photophosphorylation:光によって直接ATPができる反応
光合成では 光のエネルギーphoton は同化色素を励起 この励起エネルギーは酸化還元反応により
NADPH（水素受容体の補酵素）がNADPからつくられる 同時にプロトンの電気化学的勾配形成
これに共役しプロトン輸送性ATP合成酵素がADPからATPを合成
たのしい演劇の日々
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚(visual perception)とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
代謝; 生体内 化学反応
生体内での物質の
同化作用anabolic –ATPなど 異化反応によって得たエネルギーを使い 外部から取り込んだ物質を
(タンパク質protein.炭水化物carbohydrate.脂質lipid.核酸nucleic acid等）へ合成synthesize/蓄積
異化作用 catabolic 外部から取り入れた有機物.無機物を水waterやアンモニアammonia 等
単純な低分子まで分解 その過程でエネルギーを得てATPを合成 エネルギーを得る/放出
すべての生物は生命活動に必要なエネルギーを 細胞内異化作用で得る
有機物organic matterに蓄積されたエネルギーの元は 太陽の 光エネルギー/photon
植物はphotonを用いて二酸化炭素carbon dioxideと水waterから有機物を合成
光合成photosynthesis は photonを有機物のエネルギーへと変換する反応
独立栄養生物autotroph :
外界から無機物inorganic matterとphotonを取り込み 有機物を合成して生きる生 物
光栄養生物Phototroph :
光従属栄養生物photoheterotroph 独立栄養生物ではない光栄養生物
これは光リン酸化photophosphorylationによりATPを生成 エネルギーを得るが
体の構成のために有機化合物を利用する
光合成独立栄養生物photoautotroph 植物は二酸化炭素と水からphotonを用いて有機物を合成
従属栄養 生物heterotroph :
( 動物や菌類など) 植物が生 産した有機物を直接/間接に取り込 生きる生物
光リン酸化photophosphorylation:光によって直接ATPができる反応
光合成では 光のエネルギーphoton は同化色素を励起 この励起エネルギーは酸化還元反応により
NADPH（水素受容体の補酵素）がNADPからつくられる 同時にプロトンの電気化学的勾配形成
これに共役しプロトン輸送性ATP合成酵素がADPからATPを合成
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たのしい演劇の日々
2020年10月17日
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 10
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 10
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚(visual perception)とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
アデノシン三リン酸.ATP.adenosine triphosphate
生体のエネルギー通貨 "molecular unit of currency"
加水分解酵素 hydrolase ；加水分解hydrolysis 反応を触媒する酵素enzyme
ATPアーゼATPase (イオン輸送ion transport/energy transfer) ：
筋肉の収縮muscle contraction
神経刺激の伝播nerve impulse propagation
凝縮液の溶解condensate dissolution
化学合成chemical synthesis に関与する酵素
エネルギーを要する代謝metabolismに関連するタンパク質proteinばATPアーゼの活性を持つ
ATPを再生するため 人の体重に相当するATPを毎日リサイクルしている
DNAやRNAの前駆体precoursorでもあり 補酵素coenzymeとして使用される
エネルギー代謝
物質代謝に対して生命現象をエネルギー熱力学的観点から捉える
光photon・食物・より獲得したエネルギーを
生体膜で H+ 輸送反応を介し生体エネルギー通貨ATP を合成
ATPアーゼの加水分解 触媒/異化反応
ATP加水分解hydrolysisは 食物や日光photonから得られるエネルギーと
筋収縮 電気化学勾配の確立 生命を維持に必要なプロセスをリンクする
ATPアデノシン三リン酸 →ADPアデノシン二リン酸 + Piリン酸
ATP の化学エネルギーをさかのぼると 太陽光photonの還元力(power of return to origin)
が出発点であることがわかる
たのしい演劇の日々
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚(visual perception)とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
アデノシン三リン酸.ATP.adenosine triphosphate
生体のエネルギー通貨 "molecular unit of currency"
加水分解酵素 hydrolase ；加水分解hydrolysis 反応を触媒する酵素enzyme
ATPアーゼATPase (イオン輸送ion transport/energy transfer) ：
筋肉の収縮muscle contraction
神経刺激の伝播nerve impulse propagation
凝縮液の溶解condensate dissolution
化学合成chemical synthesis に関与する酵素
エネルギーを要する代謝metabolismに関連するタンパク質proteinばATPアーゼの活性を持つ
ATPを再生するため 人の体重に相当するATPを毎日リサイクルしている
DNAやRNAの前駆体precoursorでもあり 補酵素coenzymeとして使用される
エネルギー代謝
物質代謝に対して生命現象をエネルギー熱力学的観点から捉える
光photon・食物・より獲得したエネルギーを
生体膜で H+ 輸送反応を介し生体エネルギー通貨ATP を合成
ATPアーゼの加水分解 触媒/異化反応
ATP加水分解hydrolysisは 食物や日光photonから得られるエネルギーと
筋収縮 電気化学勾配の確立 生命を維持に必要なプロセスをリンクする
ATPアデノシン三リン酸 →ADPアデノシン二リン酸 + Piリン酸
ATP の化学エネルギーをさかのぼると 太陽光photonの還元力(power of return to origin)
が出発点であることがわかる
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たのしい演劇の日々
2020年10月09日
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 09
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 09
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚(visual perception)とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
「異性化酵素isomerase」は
分子moleculeをある異性体isomerから別の異性体に変換する一般的酵素enzyme
自然界における各異性体の出現率は
異性化エネルギーisomerization energy(異性体間のエネルギーの違い)に依存する
エネルギー量が近い異性体は簡単に相互変換でき 出現割合も同じ
例えば 安定したシス異性体cis-isomerから
安定性の低いトランス異性体trans-isimerに変換する場合の異性化エネルギーは
その逆反応の場合より大きくい
特定のシス異性体がトランス異性体よりも多く存在する傾向は この理由による
異性化酵素は異性化エネルギーを下げることで反応速度reaction rateを上げることができる
酵素enzymesは 量子トンネリング「障壁越え」により電子electronを長距離移動させる
この機能は 相補性の原則complementarity による
相補性 complementarity ：量子の単一不可分性 ないし分割不可能性により
互いに排他的な性質を統合する認識論
排他的な性質が相互に補うことで初めて完全な記述が得られるという考え
それは タンパク質proteinの四次構造quaternary architectureが
持続的量子もつれquantum entanglement(2つの粒子が強い相互関係にある状態) と
コヒーレンスcoherence(干渉縞の鮮明さ) を 可能にするべく進化したのかもしれない
具体的には 水素トンネリングhydrogen tunnelingを介して反応の割合を増加
電子electronは波動waveと粒子partivleの両方の特性を持つため
物理法則に違反なく 波動的粒子として物理的障壁physical barrierを通過する
量子トンネリングを介した 酸化還元反応 redoxの長距離電子移動は
光合成photosynthesisiと
細胞呼吸cellulare respirationの酵素活性enzymatic activity に重要な役割を果たしている
例えば 15〜30Å程度の長距離電子トンネリングが細胞呼吸の酵素の酸化還元反応に関与
酸化還元反応 :化学反応 反応物から生成物が生ずる過程で 化合物(原子.イオン)間で 電子を授受
酸化還元反応は物質の酸化プロセスと別の物質の還元プロセスが必ず並行して進行
酸化還元反応式は 物質の電子放出反応と 還元物質の電子を受領反応に分けて記述
量子トンネリングがなければ 生物は成長を維持するのに十分な速さでエネルギーを変換できない
このトンネリングがコヒーレントcoherentであるかどうか さらなる研究が必要
量子テレポーテーションquantum teleportationは可能か？
人間のテレポートは空想科学小説にのみ存在するが テレポートは量子力学の素粒子の世界で可能 --
しかし空想科学映画等で描かれている方法ではない
量子世界のテレポートは物質の輸送ではなく 情報の輸送を云う
たのしい演劇の日々
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚(visual perception)とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
「異性化酵素isomerase」は
分子moleculeをある異性体isomerから別の異性体に変換する一般的酵素enzyme
自然界における各異性体の出現率は
異性化エネルギーisomerization energy(異性体間のエネルギーの違い)に依存する
エネルギー量が近い異性体は簡単に相互変換でき 出現割合も同じ
例えば 安定したシス異性体cis-isomerから
安定性の低いトランス異性体trans-isimerに変換する場合の異性化エネルギーは
その逆反応の場合より大きくい
特定のシス異性体がトランス異性体よりも多く存在する傾向は この理由による
異性化酵素は異性化エネルギーを下げることで反応速度reaction rateを上げることができる
酵素enzymesは 量子トンネリング「障壁越え」により電子electronを長距離移動させる
この機能は 相補性の原則complementarity による
相補性 complementarity ：量子の単一不可分性 ないし分割不可能性により
互いに排他的な性質を統合する認識論
排他的な性質が相互に補うことで初めて完全な記述が得られるという考え
それは タンパク質proteinの四次構造quaternary architectureが
持続的量子もつれquantum entanglement(2つの粒子が強い相互関係にある状態) と
コヒーレンスcoherence(干渉縞の鮮明さ) を 可能にするべく進化したのかもしれない
具体的には 水素トンネリングhydrogen tunnelingを介して反応の割合を増加
電子electronは波動waveと粒子partivleの両方の特性を持つため
物理法則に違反なく 波動的粒子として物理的障壁physical barrierを通過する
量子トンネリングを介した 酸化還元反応 redoxの長距離電子移動は
光合成photosynthesisiと
細胞呼吸cellulare respirationの酵素活性enzymatic activity に重要な役割を果たしている
例えば 15〜30Å程度の長距離電子トンネリングが細胞呼吸の酵素の酸化還元反応に関与
酸化還元反応 :化学反応 反応物から生成物が生ずる過程で 化合物(原子.イオン)間で 電子を授受
酸化還元反応は物質の酸化プロセスと別の物質の還元プロセスが必ず並行して進行
酸化還元反応式は 物質の電子放出反応と 還元物質の電子を受領反応に分けて記述
量子トンネリングがなければ 生物は成長を維持するのに十分な速さでエネルギーを変換できない
このトンネリングがコヒーレントcoherentであるかどうか さらなる研究が必要
量子テレポーテーションquantum teleportationは可能か？
人間のテレポートは空想科学小説にのみ存在するが テレポートは量子力学の素粒子の世界で可能 --
しかし空想科学映画等で描かれている方法ではない
量子世界のテレポートは物質の輸送ではなく 情報の輸送を云う
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たのしい演劇の日々
2020年10月07日
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 08
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 08
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚(visual perception)とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
酵素反応Enzyme catalysis
酵素が触媒する生化学反応Enzyme-catalyzed biochemical reaction
「酵素は選択的な触媒作用を持つタンパク質を主成分とする生体高分子物質」
酵素触媒作用のメカニズムは様々だが 重要な原則要素は
反応物reactantを生成物produtから分離させる際のエネルギー障壁の減少である
これは化学触媒作用全てに類似する
活性化エネルギー（Ea）減少は
反応物分子の割合を増加させ 障壁を克服 生成物を形成させる
量子トンネリングQuantum tunnelling
量子生物学quantum biologyにおける重要な量子効果の1つ
電子トンネリングelectron tunnellingは
生化学的酸化還元反応biochemical redox reaction
(光合成photosynthesis 細胞呼吸cellular respiration)及び酵素触媒作用enzyme catalysisの要素
プロトン.トンネリングproton tunnellingは
DNAの自然発生的変異spontaneous mutationの要素
プロトン量子トンネリングは 芳香族アミンデヒドロゲナーゼaromatic amine dehydrogenaseによる
トリプタミン酸化tryptamine oxidationで 観察されている
量子トンネリング「障壁越え」モデルは プロトン/電子が活性化障壁を通り抜け
古典的なΔG(ギブズの自由エネルギーGibbs free energy) 予測より高速で動作する
トンネル効果は溶液中の触媒反応と非触媒反応は類似しているため 触媒上の利点は無いが
酵素反応速度の比較によると 古典的「バリア越え」の速度定数を約1000倍高める為
生物生存biological organismにとって大変重要な効果である
ウィラード・ギブズJosiah Willard Gibbs（1839– 1903）
物理学 化学 数学に多大な理論的貢献をしたアメリカの科学者
たのしい演劇の日々
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚(visual perception)とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
酵素反応Enzyme catalysis
酵素が触媒する生化学反応Enzyme-catalyzed biochemical reaction
「酵素は選択的な触媒作用を持つタンパク質を主成分とする生体高分子物質」
酵素触媒作用のメカニズムは様々だが 重要な原則要素は
反応物reactantを生成物produtから分離させる際のエネルギー障壁の減少である
これは化学触媒作用全てに類似する
活性化エネルギー（Ea）減少は
反応物分子の割合を増加させ 障壁を克服 生成物を形成させる
量子トンネリングQuantum tunnelling
量子生物学quantum biologyにおける重要な量子効果の1つ
電子トンネリングelectron tunnellingは
生化学的酸化還元反応biochemical redox reaction
(光合成photosynthesis 細胞呼吸cellular respiration)及び酵素触媒作用enzyme catalysisの要素
プロトン.トンネリングproton tunnellingは
DNAの自然発生的変異spontaneous mutationの要素
プロトン量子トンネリングは 芳香族アミンデヒドロゲナーゼaromatic amine dehydrogenaseによる
トリプタミン酸化tryptamine oxidationで 観察されている
量子トンネリング「障壁越え」モデルは プロトン/電子が活性化障壁を通り抜け
古典的なΔG(ギブズの自由エネルギーGibbs free energy) 予測より高速で動作する
トンネル効果は溶液中の触媒反応と非触媒反応は類似しているため 触媒上の利点は無いが
酵素反応速度の比較によると 古典的「バリア越え」の速度定数を約1000倍高める為
生物生存biological organismにとって大変重要な効果である
ウィラード・ギブズJosiah Willard Gibbs（1839– 1903）
物理学 化学 数学に多大な理論的貢献をしたアメリカの科学者
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たのしい演劇の日々
2020年10月05日
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 07
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 07
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
レチナール異性化酵素 retinal isomerase 分子内反応を触媒する酵素
all-trans-retina 11-cis-retinal
この酵素enzymeは
1つの基質 オールトランスレチナールall-trans-retinal と
1つの生成物 11-シスレチナール11-cis-retinalを持つ
この異性化酵素は シス-トランス.異性化酵素(EC 5.2.1.3) に属す
この酵素の組織名はオールトランス.レチナール11-シス-トランス-異性化酵素
(all-trans-retinal 11-cis-trans-isomerase)
この酵素はレチノール代謝retinol metabolismに関与
1, ビタミンAは 網膜色素上皮内retinal pigment emitheliumのタンパク質RPE65によって
11-cis-レチナールretinalに変換され
2, この分子は網膜retinaの光受容細胞photoreceptorに輸送され
3, そこで オプシンopsinタンパク質内の光活性化分子切替機light-activated molecular switch
として機能 視覚サイクルを励起する
このサイクルは 11-cisレチナールが光photon刺激により 異性化isomerizingされ
オールトランス.レチナールになることから始まる
4, 光photonによる分子の形状変化/異性化は
5, 次に 視覚色素visual pigment タンパク質ロドプシンrhodopsinの構成を変化させる
視覚サイクルの最初のステップだ
たのしい演劇の日々
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
レチナール異性化酵素 retinal isomerase 分子内反応を触媒する酵素
all-trans-retina 11-cis-retinal
この酵素enzymeは
1つの基質 オールトランスレチナールall-trans-retinal と
1つの生成物 11-シスレチナール11-cis-retinalを持つ
この異性化酵素は シス-トランス.異性化酵素(EC 5.2.1.3) に属す
この酵素の組織名はオールトランス.レチナール11-シス-トランス-異性化酵素
(all-trans-retinal 11-cis-trans-isomerase)
この酵素はレチノール代謝retinol metabolismに関与
1, ビタミンAは 網膜色素上皮内retinal pigment emitheliumのタンパク質RPE65によって
11-cis-レチナールretinalに変換され
2, この分子は網膜retinaの光受容細胞photoreceptorに輸送され
3, そこで オプシンopsinタンパク質内の光活性化分子切替機light-activated molecular switch
として機能 視覚サイクルを励起する
このサイクルは 11-cisレチナールが光photon刺激により 異性化isomerizingされ
オールトランス.レチナールになることから始まる
4, 光photonによる分子の形状変化/異性化は
5, 次に 視覚色素visual pigment タンパク質ロドプシンrhodopsinの構成を変化させる
視覚サイクルの最初のステップだ
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たのしい演劇の日々
2020年10月04日
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 06
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 06
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
遺伝子gene RGR
名Name;網膜Gタンパク質共役受容体 (retinal G protein coupled receptor)
染色体の位置Chromosomal location; 10q23.1
RGRの発現
網膜色素上皮(RPE,retinal pigment epithelium cell), ミュラー細胞Müller cells
RPEの機能；
光吸収light absorption、視覚循環visual cycle、
上皮細胞移送epithelial transport 、空間イオン緩衝spatial ion buffering、
食作用phagocytosis、分泌secretionと免疫調節immune modulation
ミュラーMüller cells ；成体網膜の幹細胞stem cellとして機能？
効率的な桿体前駆細胞rod photoreceptor progenitor
集光器light collectorsとして 光を桿体細胞と錐体細胞の光受容体に注ぎ込む
その作用
視覚visual, 嗅覚olfactory, 肝臓と胆管 liver and biliary, 外皮integumental,
血リンパhemolymphoid, 結合組織 connective tissue
シス-トランス光異性化酵素photoisomerase
たのしい演劇の日々
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚とは
網膜/retinal,vitamin Aアルデヒド(aldehyde,有機化合物) が受けた光子photonの
電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
遺伝子gene RGR
名Name;網膜Gタンパク質共役受容体 (retinal G protein coupled receptor)
染色体の位置Chromosomal location; 10q23.1
RGRの発現
網膜色素上皮(RPE,retinal pigment epithelium cell), ミュラー細胞Müller cells
RPEの機能；
光吸収light absorption、視覚循環visual cycle、
上皮細胞移送epithelial transport 、空間イオン緩衝spatial ion buffering、
食作用phagocytosis、分泌secretionと免疫調節immune modulation
ミュラーMüller cells ；成体網膜の幹細胞stem cellとして機能？
効率的な桿体前駆細胞rod photoreceptor progenitor
集光器light collectorsとして 光を桿体細胞と錐体細胞の光受容体に注ぎ込む
その作用
視覚visual, 嗅覚olfactory, 肝臓と胆管 liver and biliary, 外皮integumental,
血リンパhemolymphoid, 結合組織 connective tissue
シス-トランス光異性化酵素photoisomerase
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たのしい演劇の日々
2020年10月03日
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 03
俳優の錬金術 量子生物学Quantum biology 03
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚とは
網膜が受けた光子photonの電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
遺伝子geneRRH
名Name; ペロプシンperopsin
眼Eye; 網膜色素上皮RPE 微絨毛細胞 cell-microvilli
染色体の位置Chromosomal location; 4q25
ペロプシンperopsinの発現
ペロプシンはレチノイドretinoid.リガンドligandに結合
視覚レチノイドvisual retinoidの取り込みと処理において
未だ定義されていないメカニズムundefined mechanismを介し
光受容体photoreceptorからRPE細胞への
オールトランスROL取り込み光依存性調節light-dependent regulationに影響
その作用
視覚visual, 聴覚auditory,嗅覚olfactory, 神経nervous,
泌尿器urinary, 生殖reproductive, 肝臓と胆管 liver and biliary, 外皮integumental,
咽頭弓pharyngeal arch, 胚間葉embryo mesenchyme, 胚外胚葉embryo ectoderm,
初期の受胎産物early conceptus
.ペロプシンは 結合した発色団chromophoreの光異性化に応答してシグナルを送る光受容体か？
ペロプシンは光に依存しない反応で網膜異性体retinal isomerに結合し
活性化/不活性化されるのか？
ペロプシンはRPEの網膜代謝retinal metabolismを監視するのか？
果たして その調節regulationは光吸収light absorptionに直接基づいているか
網膜下腔subretinalに放出される分子の検出によるものか 今後の課題
たのしい演劇の日々
『光というのも面白い存在で、私たちが見ているものは、結局は光だ。
その物自体を見ているようで、本当のところは、物が反射する光を見ている。』
（文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る「はじめに」 より ）
視覚とは
網膜が受けた光子photonの電気信号electrical signalへの生物学的変換biological conversion
遺伝子geneRRH
名Name; ペロプシンperopsin
眼Eye; 網膜色素上皮RPE 微絨毛細胞 cell-microvilli
染色体の位置Chromosomal location; 4q25
ペロプシンperopsinの発現
ペロプシンはレチノイドretinoid.リガンドligandに結合
視覚レチノイドvisual retinoidの取り込みと処理において
未だ定義されていないメカニズムundefined mechanismを介し
光受容体photoreceptorからRPE細胞への
オールトランスROL取り込み光依存性調節light-dependent regulationに影響
その作用
視覚visual, 聴覚auditory,嗅覚olfactory, 神経nervous,
泌尿器urinary, 生殖reproductive, 肝臓と胆管 liver and biliary, 外皮integumental,
咽頭弓pharyngeal arch, 胚間葉embryo mesenchyme, 胚外胚葉embryo ectoderm,
初期の受胎産物early conceptus
.ペロプシンは 結合した発色団chromophoreの光異性化に応答してシグナルを送る光受容体か？
ペロプシンは光に依存しない反応で網膜異性体retinal isomerに結合し
活性化/不活性化されるのか？
ペロプシンはRPEの網膜代謝retinal metabolismを監視するのか？
果たして その調節regulationは光吸収light absorptionに直接基づいているか
網膜下腔subretinalに放出される分子の検出によるものか 今後の課題
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