◆ 鳥取大学工学部物質工学科/特別講義I(2005/07/22-23) ◆
= インターネットを利用して学ぶ分子の世界 =

担当:県立新潟女子短期大学・生活科学科生活科学専攻 本間善夫

【お願い】受講者への講義後の自由アンケート(2005/07/24修正)
図1〜9で関心のあるベスト3はどれですか? → メール作成・送信
※アンケート回答は任意です(その他ブログを開設した場合なども是非連絡してください)!
★課題(A4で3頁以上)は2005/08/12までに提出!!

(講義と旅の記録を作成開始)


捕まえたカドミウムは離さない!!(メタロチオネインの部分構造例)
:C,:H,:N,:O,S(Cysのチオール基),Cd

★ブラウザのお気に入り(bookmark)へ:このページのtop「分子の形と性質」学習帳Google
★自己紹介に代えて:パソコンと分子表現の変遷インターネット利用とホームページ開設の歩みサイトの分子データが利用された例
※本文中の印は,ローカルファイルですので参照できません


Chimeインストール図0図1図2図3図4図5図6図7図8図9参考Webサイト・文献
2日目午後のデモンストレーション2005年度のレポートを読んで

0. 分子モデル可視化ツールChimeのインストール  ↑top

 以下では上記書籍のCDを用いず,Chimeの製造元であるMDL社ののサイトからダウンロードする方法を説明します。OSはWindows XP,ブラウザはInternet Explorerを用いることを前提にします。

参考 Chime 2.6のOS・ブラウザのバージョン対応表(System Requirements参照)
Chime version Windows version IE version NetScape Version
 Chime 2.6 SP6,SP5  WinXP 6.0SP1 4.75 and 4.79
Win2000 6.0SP1 and 5.5 SP2 4.75 and 4.79
WinNT4 6.0SP1 and 5.5 SP2 4.75 and 4.79
Chime 2.6 SP4 WinXP 6.0 4.75 and 4.79
Win2000 6.0 and 5.5 SP2 4.75 and 4.79
WinNT4 6.0 and 5.5 SP2 4.75 and 4.79
Chime 2.6 SP3 Win2000 5.5 SP2 4.75
WinNT4 5.5 SP2 4.75
Win98 4.0 and 5.0 4.75
Win95 4.0 and 5.0 4.75
※本データは,日本MDLインフォメーションシステムに提供していただきました.

[1] IE5.0以上のブラウザでChimeのページにアクセスして最初に登録 をクリックして以下のように利用者登録をします。一度登録すればその後は ログイン で他のプログラムのダウンロード等も可能です。

[2] *印のある色の欄に必要事項を書き込み,国名なども選択をします。ユーザー名(メールアドレスでもよい)は記入したメールID宛てに後で送られてくるパスワードとペアでログイン時に使うものです。色の欄には必ずチェックを入れ,一番下の 続行 ボタンを押します。

[3] 該当する専門分野などにチェックを入れて 続行 ボタンを押します。登録したユーザー名と与えられたパスワードでログインができたらメニューでChimeのページを選択して該当の機種・OSを確認して先に進み, START DOWNLOAD ボタンのあるページでダウンロードして,そのままインストールプログラムを実行します。インストールを開始するまで少し時間がかかるので注意してください。

 インストールした後で,本ページからリンクしている各教材コンテンツが利用可能になります。


1. Chimeで見る分子 Chimeマニュアル  ↑top


図0 有機分子の見方のコツ(簡便法),「パソコンで見る 動く分子事典」pp.15-26 Miraikanフォーラム2005
※参考:塗り絵による分子クイズ 生体分子のかたちの不思議


図0付a 結合の手の数(原子価;配位結合やイオン結合ができる場合に注意〔例:NH4Cl〕);上から炭素,窒素酸素
※後出の生体分子のPDB形式データでは多重結合も単結合で表示され,H原子が省略される場合が多いことに注意


図0付b 第1イオン化エネルギーと電気陰性度



図1
二酸化炭素と水の振動(それぞれ上から全対称伸縮振動,逆対称伸縮振動,変角振動)とそれを引き起こす赤外線の波数の実測値と計算値。
※参考:電磁波(光)の波長とエネルギー


伸縮振動の例

変角振動の例

ねじれ振動
図1付a 4原子分子における分子内振動の種類(分子計算の概要参照)
※参考:分子科学研究所 編,「分子科学者がいどむ12の謎」,p.140,化学同人(2005)


図1付b バクテリオロドプシン中のall-trnas-レチナールの構造変化例(酸素原子は省略)→ 詳細
※PDBデータ1r2nから抜粋作成したアニメーション(表示時間の長いカットは,環のねじれに変化が見られる構造)



図2
甘味物質を比較できるコンテンツにおけるアスパルテームの表示。



図3
「水溶性ビタミンと脂溶性ビタミン」におけるL-アスコルビン酸の疎水ポテンシャル表示。



図4 Chimeによるタンパク質の表示例(PDBデータの6rsa;PDBのデータIDは4文字の数字とアルファベットで表記される)。左の空間充填表示を右のような二次構造表示にすることで立体構造の特徴が明確になる(
水素結合)。


表1 アミノ酸の親水性・疎水性など(疎水性インデックス順)
アミノ酸 分子式 CAS番号 疎水性インデックス  log P  酸性・塩基性 極性・非極性 等電点
Arg R アルギニン H2N(=NH)NHC3H6CCH(NH2)COOH 74-79-3 -4.5 -4.20 塩基性 極性(塩基性) 10.76
Lys K リシン H2N(CH2)4CH(NH2)COOH 56-87-1 -3.9 -3.05 塩基性 極性(塩基性) 9.74
Asp D アスパラギン酸 HOOCCH2CH(NH2)COOH 56-84-8 -3.5 -3.89 酸性 極性(酸性) 2.77
Asn N アスパラギン H2NCOCH2CH(NH2)COOH 70-47-3 -3.5 -3.82 中性 極性(中性) 5.41
Glu E グルタミン酸 HOOCCH2CH2CH(NH2)COOH 56-86-0 -3.5 -3.69 酸性 極性(酸性) 3.22
Gln Q グルタミン H2NCO-CH2CH2CH(NH2)COOH 56-85-9 -3.5 -3.64 中性 極性(中性) 5.65
His H ヒスチジン H2NCH[CH2(C3H3N2)]COOH 71-00-1 -3.2 -3.32 塩基性 極性(塩基性) 7.59
Pro P プロリン (C4H8N)-COOH 147-85-3 -1.6 -2.54 中性 非極性(疎水性) 6.30
Tyr Y チロシン HO(C6H4)CH2CH(NH2)COOH 60-18-4 -1.3 -2.26 中性 極性(中性) 5.66
Trp W トリプトファン (C8H6N)-CH2CH(NH2)COOH 73-22-3 -0.9 -1.05 中性 非極性(疎水性) 5.89
Ser S セリン HOCH2CH(NH2)COOH 56-45-1 -0.8 -3.07 中性 極性(中性) 5.68
Thr T トレオニン CH3CH(OH)CH(NH2)COOH 72-19-5 -0.7 -2.94 中性 極性(中性) 6.16
Gly G グリシン H2NCH2COOH 56-40-6 -0.4 -3.21 中性 非極性(疎水性) 5.97
Ala A アラニン CH3CH(NH2)COOH 56-41-7 1.8 -2.85 中性 非極性(疎水性) 6.00
Met M メチオニン CH3SCH2CH2CH(NH2)COOH 63-68-3 1.9 -1.87 中性 非極性(疎水性) 5.74
Cys C システイン HSCH2CH(NH2)COOH 52-90-4 2.5 -2.49 中性 極性(中性) 5.07
Phe F フェニルアラニン (C6H5)CH2CH(NH2)COOH 63-91-2 2.8 -1.38 中性 非極性(疎水性) 5.48
Leu L ロイシン (CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH 61-90-5 3.8 -1.52 中性 非極性(疎水性) 5.98
Val V バリン (CH3)2CHCH(NH2)COOH 72-18-4 4.2 -2.26 中性 非極性(疎水性) 5.96
Ile I イソロイシン C2H5CH(CH3)CH(NH2)COOH 73-32-5 4.5 -1.70 中性 非極性(疎水性) 6.02
※hydropathy indexは以下を参照;Kyte and Doolittle, J. Mol. Biol., 157, 105-132(1982)
※log Pは
On-Line Log P Calculation掲載の実験値
※極性・非極性はChimeのProtein選択様式と関連(参考ページ



図5 表1のアミノ酸の親水性・疎水性等によるタンパク質の色分け例(エストロゲン受容体1ereのChain A)
《上》左から,二次構造(後述),疎水性インデックス順,log P値順表示
《下》左から, 酸性・中性〈芳香族〉・塩基性アミノ酸区別,極性・非極性区別,表示.等電点順表示
PDBコード順データリストPDBデータのLigand結合部位マニュアル)などで各表示可能
※参考:PDBデータの形式と座標データの抽出(Chimeは原子種と座標データだけから様々な分子情報を表示)
※任意のPDBデータについて同様の表示をするにはPDBデータを詳細に見るためにを参照



図6 DNAとタンパク質を含むPDBデータ1a02の構造の秘密(PDBデータのLigand結合部位で作成)。右表はChain Fのアミノ酸配列
※参考:BCAAその2;Leucine Zipperを含むタンパク質例(PDBデータ1a02より)



図7 PDBデータ1hbpのリガンドであるレチノールとそのSITE(右)。左はタンパク質全体で,SITE部分のみスティックでドット表面表示。



図8 分子シャペロニン(分子シャペロンの代表例)PDBデータ1gru(その
GroES部分



図9
世界最小のタンパク質シニョリン1uao


    【参考Webサイト・文献】  ↑top
  1. MDL,Chime
  2. Protein Data Bank;国内ミラーはPDBj
  3. 本間善夫・川端潤,「パソコンで見る動く分子事典」,講談社ブルーバックス(1999)
  4. 本間善夫,『分子モデル可視化ツールChimeを使った化学教育』理科教室,2005年6月号,星の環会
  5. 本間善夫,『インターネットによる知の共有の試み』化学,2000年5月号,化学同人
  6. 本間善夫・吉田弘・松浦博厚,『分子表示プラグインを利用した分子振動アニメーション』,化学ソフトウェア学会年会2001研究討論会講演要旨集,pp.90-91;分子振動データ集
  7. 本間善夫,『Webブラウザを利用した重ね合わせ分子データによる教材の作成』,日本化学会第81春季年会(2002年)講演要旨集I,p.650;複合分子と分子の重ね合わせ/分子データの作成方法
  8. 本間善夫,『PDBデータのLigand結合部位のデータ集作成』,日本コンピュータ化学会2003秋季年会講演要旨集,pp.84-85;PDBデータのLigand結合部位
  9. 本間善夫,『生体関連分子学習のためのWeb教材の作成』,ナノ学会第3回大会講演予稿集(2005),p.138
  10. 本間善夫,『2004年のWeb情報発信から ―鳥インフルエンザ,抗生物質,水俣病,P450―』,科学技術社会論学会第3回年次研究大会予稿集,pp.23-24
  11. 吉田弘,分子モデリングプログラム MOLDA
  12. 千田範夫,分子計算支援システム Winmostar ※参考:port:3016 feat.Winmostar
  13. 伊東章,化学工学資料のページ
  14. 科学技術振興機構,Webラーニングプラザ(技術者Web学習システム)
  15. 文部科学省,「平成15年度 科学技術の振興に関する年次報告」
  16. 科学技術振興機構,理科ねっとわーく
  17. 分子科学研究所 編,「分子科学者がいどむ12の謎」,化学同人(2005)
  18. 時実象一「理系のためのインターネット検索術」,講談社ブルーバックス(2005) ※参考:検索サイトリンク集
  19. Chimeを活用するために
  20. Chime解説サイト例
  21. 速報コンテンツ例 ※参考(情報の国際競争):Googleによる“KU-55933”検索結果同“温室 SF5CF3”検索結果
  22. 推奨ツール例



【デモンストレーションに向けて】  ↑top


【2005年度のレポートを読んで】  ↑top

 短い集中講義の中で,Chimeの使い方と分子の見方,インターネットやPCの利用方法など,盛り沢山に話したこともあって,説明不十分なところもあったと思いますが,『Chimeデータ集の中から低分子・生体高分子をそれぞれ1つずつ選んで画像とともに説明を加える』という課題に取り組んでもらいました。以下に全体的な感想を列挙しますので,今後の参考にしてもらえたらと思います。他の教科のレポートとも共通する部分も多いでしょう。


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