☆ 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。