中間報告「理解の途中」（難解な内容あり）

みなさんこんにちは、
今日は、「中間報告「理解の途中」（難解な内容あり）」について書いていきます。

白川太郎博士の説明の中でしばしば、私たちの体の中で、鼻や口から吸い込んだ酸素の約2～3％が活性酸素に変化するのだといわれています。

ではここで、「なぜ体内で活性酸素が発生するのでしょうか？」という疑問について、今だ「理解の途中」なのですが、私なりにいろんな文献から引用（コピッペ）して説明をします。

1.一重項酸素　：　酸化力が強い活性酸素
2.過酸化水素　：　猛毒のヒドロキシルラジカルになってしまう点が問題
3.スーパーオキシドアニオン　：　最も多く、猛毒活性酸素に変化しやすい
4.ヒドロキシルラジカル　：　傷つける力が最も強い猛毒活性酸素

この活性酸素は、普段から常に身体の中で産生されています。

特に活性酸素が産生されやすくなる要因として言われているのが、
１.紫外線（紫外線の強い日差し）
２.偏った食生活
３.ストレス
４.過度な運動
５.喫煙

このような「活性酸素が発生する理由」としての説明はたくさんあるのですが、

そもそも私たちが生きていく上で、呼吸によって空気中の酸素を吸い込み、細胞内にあるミトコンドリアがブドウ糖やその他の糖や脂肪などの炭素（ブドウ糖、炭水化物、タンパク質）の栄養分を酸素の持つ強い（分解する）力を使って、ミトコンドリアに備わっている電子伝達系(プロトンポンプ)というシステムによりATP（アデノシン３リン酸）を生成しているのです。このATPといわれるエネルギーを生成の時に必ず発生するのが活性酸素なのです。

呼吸

呼吸とは、酸素を用いて有機物を分解し、ATPを産生する異化のことを指します。

電子伝達系(プロトンポンプ)

電子伝達系でのATPの生成の仕組みで重要なのは、解糖系とクエン酸回路で発生した電子や水素イオンがこの段階で水に変わるということです。

当然、体内で発生した活性酸素を無害化する働きとして抗酸化物質が体内でも生成されています。

それが水素です。

でも、この水素がH2という水素分子では、体内で発生した活性酸素を無害化することが難しいということを説明しているものはあまり見受けられませんでした。

水素（H2）が水素分子ではなく、イオン化された水素原子（H+）と電子（ｅ-）になってなければ十分な機能ができないのです。

ここで、「なぜ、水素が必要なのか」という別の理由があります。

それは、遺伝子レベルにおける二重らせん構造のDNAは「水素結合」によって形作られていることに由来します。

ここからDNAの二重らせん構造についての説明ですので読み飛ばしても結構です！

二重らせん構造とは？

二重らせん構造とは平行な二本の線がらせん状になっている立体構造。相補的な二本のポリヌクレオチド鎖により、DNAは細胞中で二重らせん構造をとっています。

二重らせん構造を発見したのは？

二重らせん構造は、アメリカ人科学者ジェームズ・ワトソンと、イギリス人科学者フランシス・クリックによって1953年に報告されました。当時、既にDNAが遺伝の中心にあることは知られていました。しかし、複雑な遺伝情報をどのように制御しているのかについてはわかっていなかったのです。

それがこの二重らせん構造モデルの発見によって、DNAの働きや遺伝情報の制御なども見事に説明でき、分子生物学に大きな影響を与えました。今では生物学の基礎として広く知られています。

二重らせんの仕組みは？

リン酸と、糖、塩基（酸の対となるもの）が結合したものをヌクレオチドと呼び、さらにこれがたくさんつながったものをポリヌクレオチドと言います。DNAは、このポリヌクレオチドが二本合わさって形成されたものです。

DNAの構造で大事なのはこの塩基部分。この塩基はアデニン（A）とチミン（T）、グアニン（G）とシトシン（C）と決まった組み合わせで水素結合し、塩基対を形成します。この塩基対がらせんの内側で結びつくことで、二本のポリヌクレオチド鎖はしっかりと結びつくのです。

またさらに、塩基対と塩基対の間には疎水性相互作用がはたらき、塩基対と塩基対は一定の距離（0.34nm）で並びます。これらの作用により、二重らせん構造は安定した構造を保っているのです。

DNAが二重らせん構造なのはどうして？

それではなぜ、DNAは二重らせん構造なのでしょうか。もっと言うと、二重らせん構造にはどんなメリットがあるのでしょう。

二重らせん構造の特徴｜コンパクトさ

まずは構造的なメリットとして、コンパクトになることが挙げられます。一本の長い鎖として存在するよりも、らせん構造にしてしまうことで空間的に短くなり、体積も小さくなるのです。

二重らせん構造の特徴｜強度が上がる

またDNAとは、遺伝情報を保存するもの。そこには長く安定して情報を保存する必要があります。立体的な二重らせん構造を取ることで物理的に強度が上がり、変異や破損をしにくくなるのです。

二重らせん構造の特徴｜互いに補える

さらに、DNAの二本の鎖は相補的な鎖となっています。もし万が一、どちらかの一部に破損や変異が起きても、正常なもう一方があることで修復することができるのです。

このように、多くの遺伝情報を長期間安定的に保存するうえで、二重らせん構造は非常にメリットの多い構造と考えられています。

上記の内容で大切な部分は、「DNAの構造で大事なのはこの塩基部分。この塩基はアデニン（A）とチミン（T）、グアニン（G）とシトシン（C）と決まった組み合わせで水素結合し、塩基対を形成します。」という部分だけです。

ここからはさらに専門的な内容です

原子は、原子核とその周りを回る電子で構成されている。また、原子核にはプラスの電荷をもつ陽子があり、周りにあるマイナスの電荷をもつ電子は陽子と同じ数だけあって、原子全体としては電荷が打ち消されて中性になっている。さてこの電子だが、原子核の周りの電子殻という軌道上にある。電子殻は、原子核に近い内側からK殻・L殻・M殻…と名付けられており、K殻には電子2個まで、L殻には電子8個まで入ることが出来る。さらに、L殻は4つの小軌道（2s軌道と3つの2p軌道）で構成されていて、それぞれの小軌道に2個の電子が入る。

水素(H)は陽子数１個であり、したがって電子数も1個である。この場合、K殻に電子が1個だけ入った状態になる。炭素(C)は陽子数6個・電子数6個であり、K殻は電子2個で満たされ、さらに外側のL殻に残りの4個の電子（各小軌道に1個ずつ）が入っている。窒素(N)は陽子数7個であり、K殻に2個の電子とL殻に5個の電子（2s軌道に2つと2p軌道に各1個）が入っている。酸素(O)は陽子数8個であり、K殻に2個の電子とL殻に6個の電子（2s軌道に2つと1つの2p軌道に1個、2つの2p軌道に各1個）が入っている。

原子は、最も外側の電子殻が最大収容数いっぱいまで電子で満たされたような電子配置のときが安定である。そこで、電子を別の原子を共有することにより、電子殻を電子で満たしている。これがいわゆる共有結合である。例えば、水素分子(H2)は、2つの水素原子が互いの電子を共有してK殻に電子2個を配置している。また水分子(H2O)は、酸素原子中で各1個の電子をもつ2つの2p軌道が、それぞれ水素原子と電子を共有しているのである。DNAを構成する原子のほとんども、この共有結合によってつながっている。

各小軌道の2つの電子（電子対という）のうち、原子間で共有することにより出来たペアを共有電子対、はじめからペアになっていたものを非共有電子対という。また、共有結合に使われた、ペアになっていない電子を不対電子という。これらの用語はこれからも出てくるので、是非覚えておいてもらいたい。

水素結合について

電気陰性度とは原子が電子を引き寄せる強さを表す尺度である。酸素(O)や窒素(N)など、周期表の右上にある原子ほど電気陰性度が大きいとされる。ではここで、水分子(H2O)をみてみよう。水分子では、1つの酸素原子と2つの水素原子が共有結合により結ばれている。つまり、酸素と水素の間で電子を共有している2組の共有電子対があることになる。ところが、この2組の共有電子対は電気陰性度の大きい酸素原子側に強く引き寄せられ、結果として酸素がややマイナスの電荷をもち、水素がややプラスの電荷をもつことになる。このように、電荷のかたよりの生じることを極性という。

水分子のこのような極性により、水分子どうしの間に電気的な引力がはたらくことになる。つまり、水分子中でマイナスの電荷をもった酸素(O)が、別の水分子中でプラスの電荷をもった水素(H)と電気的に引き合うのである。これが水素結合である。このような性質のため、水分子は沸点が高く、しかも他の極性分子をよく溶ける溶媒となっているのである。

さて、ここでDNAの塩基対をみてみよう。アデニン(A)とチミン(T)、グアニン(G)とシトシン(C)が特異的に結合している。これは、塩基中の-NHとNまたはNHとOの間の結合であることが下の図から分かると思う。ここが、水素結合である。すなわち、窒素(N)は電気陰性度が大きいため、NH中のN側に共有電子対が引き寄せられ、窒素(N)がややマイナスの電荷を、水素(H)がややプラスの電荷をもつ。そこに別の電気陰性度の大きいマイナスの電荷をもった酸素(O)や窒素(N)が近づくと、プラスの電荷をもった水素(H)との間で電気的な結合が生まれるのである。

A•T塩基対の場合、アデニン(A)がもつ-NH2とチミン(T)がもつ=Oの部分、チミン(T)がもつNHとアデニン(A)がもつNの部分の2カ所で水素結合が形成される。G•C塩基対の場合、グアニン(G)がもつ=Oとシトシン(C)がもつ-NH2の部分、グアニン(G)がもつNHとシトシン(C)がもつNの部分、グアニン(G)がもつ-NH2とシトシン(C)がもつ=Oの部分の3カ所で水素結合が形成される。つまり、G•C塩基対の方が水素結合が多い分、A•T塩基対よりも塩基間の結合が強いのである。そのため、G•C塩基対の多いDNAほど、熱によりDNAの二重らせんが解けにくくなっている。

ここまでくどくどと説明してきましたが、ここまでの難しい内容は正直言って、すっ飛ばしてもらっても結構です。

しかし、私たちが生きていく上で水素は必要不可欠であって、特に水素原子（水素イオンＨ＋）と電子（ｅ-）は必須であることが分かってもらえばよいのです。

そして、体内で水素原子（水素イオン）と電子を発生させるものが、コ●●●●●スなのです。（読者よ悟れ！）

このような専門的な理解しにくい内容は、しばらくの間は書かない（書けない）と思いますのでご了承ください( ´艸｀)

「この続きは、明日の心だ～！」
という懐かしすぎるフレーズで終わりたいと思います。

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