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今日の内容
薬 を 設計 しよう（後編）
ケモインフォマティクス
タンパク質 の 構造
クイズ / 質問 / コメント
必ずアクセスすること！
https://app.sli.do/event/a8fjLyAJeBAbkSFjwaoC8A
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ケモインフォマティクス
ケモインフォマティクスとは？
データサイエンス（情報科学）を 活用し、複数のデータ間の相関関係の解析 などから、化合物の物性 などを 予測 できる
https://gyazo.com/a50c1b3f4c18fde0081fa8f30410ba2c
マテリアルズインフォマティクス
https://youtu.be/k0F2HJIy7bQ?si=OKELnPtzLAT8vDki
インフルエンザ治療薬の化学的性質は？
https://gyazo.com/d45e5cbaf054ccd607ec8183566477ab
リレンザ（ザナミビル）は、ディスクヘラーという専用の吸入器を用いた吸入投与
➡ 小児や高齢者には服用が難しい
タミフル（オセルタミビル）は、経口投与
油水分配係数 log P とは？
化合物 の 疎水性を表すための指標
化合物を「オクタノール」と「水」の混合物に溶かしたときの濃度比（$ P = C_\mathsf{o}/C_\mathsf{w}）の対数
log P の値が大きい ➡ 疎水性が高い
https://gyazo.com/5a0d2868fe3fab4d3abd87a181c59cb8
リレンザとタミフルの log P は？
https://gyazo.com/b65eea3f10306f49aba4633233567bfc
細胞膜（脂質二重膜）を通過する物質は？
疎水性の化合物 や 水などの小さな分子 のみ細胞膜を透過できる ➡ 体内に効率よく吸収
親水性の化合物 は 体内に吸収されにくい
https://gyazo.com/13c8476d7aec0690c827a69f6a5bee2b
リレンザの化学的性質の特徴は？
https://gyazo.com/808e27ed213ce4d19d603eb8b1dbe318
治療薬を飲みやすくするための改良
https://gyazo.com/adf15641a022fd8db78873ab34fb26ce
治療薬を飲みやすくするための改良
https://gyazo.com/5b932e7488c754d769b7b7cf803589b3
飲み薬と貼り薬
アセチルサリチル酸 と サリチル酸メチル はどちらも鎮痛・解熱・消炎などの作用を持つ。
https://scrapbox.io/files/673162147b7f58560daca20c.png
https://scrapbox.io/files/67316224ea406833b17fcd6b.png
アセチルサリチル酸 は 主に「飲み薬」として、頭痛の治療などに用いられている。
サリチル酸メチル は 主に「貼り薬」として、筋肉痛の治療などに用いられている。
サリチル酸メチルが，アセチルサリチル酸よりも「貼り薬」としての用途に向いている理由は何か。
この２つの化合物の log P の値 に基づいて、その理由を説明せよ。
環境ホルモンと生物濃縮
ポリ塩化ビフェニル（PCB）やベンゼンヘキサクロリド（BHC）は、環境中に放出されると、野生生物やヒトの内分泌系を撹乱させる危険性が指摘されている（ ➡ 環境ホルモン）。
https://scrapbox.io/files/673162bf0266995fb18ab8f0.png
この２つのうち、PCB は BHC に比べて生体内の脂質中などに蓄積しやすく、生態系での食物連鎖を経て濃縮しやすい（生物濃縮）。
PCB の方が 「生物濃縮」が起こりやすい理由について、２つの分子の log P の違いに基づいて説明せよ。　　　
ケモインフォマティクスが使えれば...
https://gyazo.com/ca711e1ac91bd424e4aacc68c1e1a9f0
ケモインフォを手軽に体験できるWebアプリ
MolInfo
https://tools.yamlab.net/Molinfo
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SMILES 記法とは？
分子の化学構造を 文字列化 して表現する表記方法。
化学情報が登録されている様々なデータベースなどで、目的の化合物を検索するために用いることがある。
SMILES 記法の基本的なルール
原子は 元素記号 で表し、水素原子 は 省略 する
二重結合 は「=」、三重結合 は「#」で表す
単結合 は（通常は）省略 する
環構造 は、つながっている原子の後ろに
数字でラベル付け する（C1 など）
プロパン：CCC、シクロプロパン：C1CC1
芳香環 を構成する原子は小文字にする（c など）
ベンゼン：c1ccccc1
SMILES 記法の例
table:SMILES
化合物名 化学式 SMILES
メタン CH4 C
アンモニア NH3 N
水 H2O O
二酸化炭素 CO2 O=C=O
窒素 N2 N#N
酸素 O2 O=O
エタン C2H6 CC
エチレン C2H4 C=C
アセチレン C2H2 C#C
ブタン C4H10 CCCC
1,3-ブタジエン C4H6 C=CC=C
1,2-ブタジエン C4H6 C=C=CC
シクロブタン C4H8 C1CCC1
シクロブタジエン C4H4 C1=CC=C1
シクロヘキサン C6H12 C1CCCCC1
シクロヘキセン C6H10 C1CCC=CC1
1,4-シクロヘキサジエン C6H8 C1C=CCC=C1
ベンゼン C6H6 c1ccccc1
油水分配係数 log P とは？
化合物 の 疎水性を表すための指標
化合物を「オクタノール」と「水」の混合物に
溶かしたときの濃度比（$ P = C_o / C_w）の対数
log P の値が大きい　➡　疎水性が高い
https://scrapbox.io/files/67315f5d90fb208044a1e29a.png
クイズ
最も水に溶けにくい分子はどれか？
_ $ \mathsf{CO_2} （二酸化炭素）
_ $ \mathsf{HCN} （シアン化水素）
_ $ \mathsf{H_2O_2} （過酸化水素）
_ $ \mathsf{NH_3} （アンモニア）
_ $ \mathsf{C_2H_2} （アセチレン）
_ $ \mathsf{CH_4} （メタン）
_ $ \mathsf{CH_3OH} （メタノール）
x $ \mathsf{C_2H_4} （エチレン）
_ $ \mathsf{N_2H_4} （ヒドラジン）
_ $ \mathsf{HCHO} （ホルムアルデヒド）
クイズ
最も水に溶けやすい分子はどれか？
_ $ \mathsf{CO_2} （二酸化炭素）
_ $ \mathsf{HCN} （シアン化水素）
_ $ \mathsf{H_2O_2} （過酸化水素）
_ $ \mathsf{NH_3} （アンモニア）
_ $ \mathsf{C_2H_2} （アセチレン）
_ $ \mathsf{CH_4} （メタン）
_ $ \mathsf{CH_3OH} （メタノール）
_ $ \mathsf{C_2H_4} （エチレン）
x $ \mathsf{N_2H_4} （ヒドラジン）
_ $ \mathsf{HCHO} （ホルムアルデヒド）
タンパク質の構造
クイズ
生物を構成するさまざまな物質のなかで，最も多く存在するものは何か？
_ タンパク質
_ 脂質
_ 炭水化物（糖質）
x 水
クイズ
私たちヒトの乾燥重量の90%以上は，わずか４種類の元素でできている。この元素は何か？
H
C
N
O
クイズ
私たちヒトの体内でさまざまなはたらきをしているタンパク質の種類はどのくらいか？
_ 1,000 種類
_ 10,000 種類
x 100,000 種類
_ 1,000,000 種類
タンパク質のはたらき
https://gyazo.com/43266d568b545dec2530d4c30125438f
東京書籍「生物」
クイズ
筋肉に含まれていて，筋繊維の収縮に関係しているタンパク質の名称は？
_ コラーゲン
x アクチン，ミオシン
_ ヘモグロビン
_ 免疫グロブリン
タンパク質は筋肉をつくる
https://gyazo.com/67e448c6baa6db2bfc0dd9ba56f594a6
東京書籍「生物」
タンパク質は筋肉を動かす
https://gyazo.com/e6d73da0d926fc65dc82913173016385
東京書籍「生物」
クイズ
ミオシンが運動を発生させるための化学反応で消費される主な物質は何か？
_ グルコース
_ ピルビン酸
x アデノシン三リン酸
_ アセチルコエンザイムA
アクチン / ミオシン
https://scrapbox.io/files/654790ad7b3bf9001cf807e5.mov
クイズ
ミオシンのように，細胞の運動を発生させるタンパク質の総称は何か？
_ アクアポリン
_ イオンチャネル
_ シャペロン
x モータータンパク質
Kinesin Walking on Microtubule
https://youtu.be/y-uuk4Pr2i8?si=9nlRhKvOlj4bbjRL
Kinesin
https://youtu.be/2UdPsVSWwrE?si=-O9q4YP6Xy5gbEGB
タンパク質はアミノ酸でできている
https://gyazo.com/e387ceea5575e9966b9713a1b1c344e0
アミノ酸
https://gyazo.com/59d3ea037da5316a749298bc1fd53a9b
http://nsgene-lab.jp/technology/polypeptide/
アミノ酸が結合してペプチド鎖ができる
https://gyazo.com/6ad0f5c33d6202c854fe53171151c034
東京書籍「生物」
ペプチド鎖は部分的な構造（二次構造）をつくる
https://gyazo.com/36e86d91f4a1b6a607ff603505a2f2fb
東京書籍「生物」
クイズ
タンパク質が二次構造を形成するとき，重要なはたらきをする結合（相互作用）は何か？
x 水素結合
_ ジスルフィド結合
_ 疎水性相互作用
_ イオン結合
ペプチド鎖が折れたたむことで立体構造（三次構造）をつくる
https://gyazo.com/3fc54b4471f068300894bbc8b4778a01
PDB ID: 1IGD
クイズ
タンパク質が三次構造を形成するとき，重要なはたらきをする結合（相互作用）は何か？
x 水素結合
x ジスルフィド結合
x 疎水性相互作用
x イオン結合
ジスルフィド結合とは？
https://gyazo.com/b4390372c7a33224654152f4c021c317
東京書籍「生物」
クイズ
タンパク質がジスルフィド結合（S-S結合）を形成するのはアミノ酸はどれか？
_ メチオニン
x システイン
_ トレオニン
_ アルギニン
タンパク質に熱を加えると...
https://gyazo.com/9b53b5eb7b2caae0df222229ee4e9eab
ペプチド鎖が折れたたむことで立体構造（三次構造）をつくる
https://gyazo.com/5ba047d34045fe3686f70dc23e478e02
クイズ
ペプチド鎖が折れたたまれて立体構造（三次構造）を作る過程を何と呼ぶか？
_ オリゴメリゼーション
_ トランススクリプション
x フォールディング
_ ドメインスワッピング