アキタの雑記

博士後期課程の雑記ブログ。 読んだ本、コンピューター系のメモ、愛猫の写真、勉強のこととか。

カテゴリ:科学 > 生物

Biological database. Primary database, Secondary databaseの違いなど。

Primary Database (2)

バイオインフォマティクスの基本となるデータベースについてまとめます。 データベースの役割と、データベースの理想と現実について。 データベースの分類ではPrimary databaseとSecondary databaseについてまとめていきます。

データベースの役割

データベースの役割は3つあって、
  • Store 蓄積
  • Organize 体系づける
  • Retrieve 引き出す
いいデータというものは以下が満たされるものです。
  • Structured 構造的で
  • Update 更新されて
  • Cross-referenced 互いに参照しあえて
  • Minimum redundancy 重複が少ない
データベースを作る中で、以下の事項が全て満たされるものが理想だが今現在は不可能である。
  • Sensitivity 精度
  • Selectivity or specificity 選択性、特殊性
  • Speed 速さ
よって、この3つのバランス良く満たせるものがいい。

データベースの分類

データベースは、データの種類によって以下2つのデータベースに分けられる。
  • Primary Database
  • Secondary Database

Primary Database

Primary Database

Primary Databaseにはどのようなデータが収められているのか。このデータベースには、実験データが収められる。このデータは実験を行った人によって直接提出される。つまり、第三者からのチェックなどを受けずに提出されるため、そのデータが正しいかどうかは議論の余地がある。例えば、DNAシーケンスなどを行ったデータそのものはここに提出される。またこのデータは日々更新される。 代表的なデータベースには以下のようなものがある。 Genbank(アメリカ)、DDBJ(日本)、EMBL(ヨーロッパ)のDNAデータベースである。 これらのデータベース間でデータを参照しあっている。

Secondary Database

Primary Database (1)

Secondary DatabaseはPrimary Dataをもとに詳しく調べた生データが収められる。Annotationや、機能的な繋がりなどと関連付けられる。Primary Databaseよりは他のデータとの繋がりなどが整理された質の高いデータが収められている。 代表的なデータベースには以下のようなものがある。

最後に

簡単にデータベースについてまとめてみました。正確でないところ、間違っているところがありましたら指摘してもらえるとありがたいです。生物系の研究するにあたってこれらのデータベースをうまく使うことは大事なことかなと思います。アメリカ、ヨーロッパに並んで日本もデータベースを持っているのはなかなかやるなあと個人的には感じました。

バイオインフォマティクスと創薬

バイオインフォマティクスの授業で創薬についてのイントロがあって、ちょっと面白かったので講義メモです。

なお、ここに書くことは私が理解していることを私の(不自由な)言葉で書くので間違い、誤解などが生じる可能性があることをここに書いておきます。ご了承ください。

バイオインフォマティクスとは

バイオインフォマティクスとは生物学と情報科学のミックスみたいなイメージだと思ってもらえればいいのかなと思
います。

もう少し詳しく書くとするなら

コンピュータ、アルゴリズム、データベースなどをツールとして使って、生物の持つ情報を扱う学問。
という感じですかなあ。


情報としてのDNA、タンパク質


生物はDNAに書かれている情報を元に作られています。

DNAには4種類の文字が存在してそれぞれアデニン(A)、チミン(T)、シトシン(C)、グアニン(G)といいます。

これらの文字を塩基と呼びます。

塩基は4種類あってこの4種類の塩基の組み合わせで私たち生物は作られているわけです。

そして、この4種類の塩基が3つ並ぶと1つのアミノ酸を指定します。

生物に使われているアミノ酸は20種類あります。

つまり、生物は4種類の塩基を3つずつ組み合わせることで20種類のアミノ酸の組み合わせを作ることができます。

このアミノ酸を組み合わせることでタンパク質が作られます。

つまり、これまでの流れを整理すると

DNA→アミノ酸→タンパク質

と生物は生物内の情報を変換していっているわけですね。

バイオインフォマティクスはこのように生物の情報、DNAの情報やアミノ酸の情報、タンパク質の情報を扱う科学ということもできるかもしれません。

Drugとは


生体内の分子(タンパク質とか)を活性化または抑制する小さな分子のことです。

ドラッグは生体内でどう作用するか


生物の勉強を高校でした人は覚えているかもしれませんが、酵素と基質の関係を思い浮かべてください。

酵素と基質の関係は、鍵と鍵穴の関係によく例えられます。正しい形のものが正しいところに収まってこそ作用するということです。

つまり薬を作るときにも、その目標となる分子、例えばタンパク質と結合、作用できるような形の分子を作る必要があります。

しかし、基本的に鍵穴は動かないのに対して、生物の体内の酵素は動き回っているのでより複雑です。

Drugができるまで


簡単にDrugができるまでの過程を箇条書きしてみます。
  • 病気を特定

  • その病気の原因となるタンパク質を発見

  • そのタンパク質の研究(3Dモデルの作成とか)

  • 病気の原因となるタンパク質に有効なDrugを探すか作る

  • Drug発見

  • 動物実験(マウスとかで)

  • 新薬の申請

  • 人で治験

  • オッケー

  • 世に出る

  • バイオインフォマティクスの貢献

    バイオインフォマティクスは創薬のスピードを上げました。大昔と比べての話ですが。 大昔は、薬になるものの発見は偶然による所が大きかったのです。

    アスピリンの発見の話とかは有名ですね。

    バイオインフォマティクスによってタンパク質の構造決定、有効な物質の予想などができるようになったため、偶然を待つ必要がなくなったのです。

    まあすごく大変みたいですけどね。

    最後に

    私は、バイオインフォマティクス、薬学部、医学部の人でもないのは強調しておきます。

    間違いがあればご指摘お願いします。

    Bioinfomaticsの関連記事

    Stomata is important for the gas exchange. Stomata are opened when the guard cells turgid and stomata are closed when the guard cells go limp. Stomata is opened in the day in C3 and C4 plants but stomata of CAM plants are closed in the day.

    There are 5 factors influencing the stomata apertures, light, temperature, carbon dioxide, water contents and plant hormone.
    Light, especially red and blue light are effective for opening the stomata. Temperature during 20-25C are suitable for opening the stomata. The stomata open when the carbon dioxide is enriched, and enough water contents. ABA affect stomata closing and Cytokinin affect stomata opening.

    I write about the mechanism of stomata apertures below. Stomata are opened when the guard cells are turgid or it is closed when the guard cells go limp. It related the ion such as K, Cl, Na. When there are enrich ion in the guard cells, water flow in the guard cells and then guard cells will be turgid. When there are not enrich ion in the guard cells, water flow out the guard cells and then guard cells will be limp.

    Photosynthesis is a process to use light energy to make sugar and oxygen from carbon dioxide and water. Chemical formula is here, 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
    Photosynthesis separates two chemical reaction pathway, light reaction and Calvin cycle. The light reaction produces the ATP and NADPH from light energy and it occurs on thylakoid membranes. Calvin cycle produces the sugar especially glucoses using ATP, NADPH and CO₂ in the stroma.
    Furthermore, light reaction separates two pathway, cyclic electron flow and noncyclic electron flow. Cyclic electron flow uses photosystem1 which uses P700, chlorophyll, and the ATP changed to ADP in this process. Noncyclic electron flow uses photosystem2 which uses P680 chlorophyll.
    Calvin cycle produces glucoses and it takes 6 turns and uses 18 ATP and 12 NADPH. The enzyme Rubisco enables carbon dioxide to combine with a 5-carbon sugar known as Ribulose biphosphate.






    Water absorption is important process for plants because water is essential for plants to live. In vascular plants, mainly water is absorbed by roots then the water uptake to the xylem to leaf.
    Water can be absorbed by two methods, active absorption and passive absorption. Active absorption uses ATP energy to against the concentration gradients. Passive absorption is occurred along the concentration gradients.
    There are 3 pathways on the water movements in roots, apoplast pathway, transmembrane pathway and symplast pathway.
    Apoplast pathway is the majority pathway to absorb the water. Water flow through in the cell walls.
    In transmembrane and symplast pathway, water flow through in the cytoplasm. Especially in symplast, water flow into plasmodesmata to cytoplasm.
    Then, water uptake in xylem by transpiration pull. Mesophyll cells within leaf are in direct connect with atmosphere via all the air spaces in the leaf.

    Stomata is important for the gas exchange. Stomata are opened when the guard cells turgid and stomata are closed when the guard cells go limp. Stomata is opened in the day in C3 and C4 plants but stomata of CAM plants are closed in the day.

    There are 5 factors influencing the stomata apertures, light, temperature, carbon dioxide, water contents and plant hormone.
    Light, especially red and blue light are effective for opening the stomata. Temperature during 20-25C are suitable for opening the stomata. The stomata open when the carbon dioxide is enriched, and enough water contents. ABA affect stomata closing and Cytokinin affect stomata opening.

    I write about the mechanism of stomata apertures below. Stomata are opened when the guard cells are turgid or it is closed when the guard cells go limp. It related the ion such as K, Cl, Na. When there are enrich ion in the guard cells, water flow in the guard cells and then guard cells will be turgid. When there are not enrich ion in the guard cells, water flow out the guard cells and then guard cells will be limp.

    Photosynthesis is a process to use light energy to make sugar and oxygen from carbon dioxide and water. Chemical formula is here, 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
    Photosynthesis separates two chemical reaction pathway, light reaction and Calvin cycle. The light reaction produces the ATP and NADPH from light energy and it occurs on thylakoid membranes. Calvin cycle produces the sugar especially glucoses using ATP, NADPH and CO₂ in the stroma.
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    Calvin cycle produces glucoses and it takes 6 turns and uses 18 ATP and 12 NADPH. The enzyme Rubisco enables carbon dioxide to combine with a 5-carbon sugar known as Ribulose biphosphate.

    植物の水分吸収について

    今週の水曜にテストがあるのでテスト勉強として適当にまとめていきます。

    植物は主に根から水分を吸収します。それが茎を通って葉まで運ばれて行きます。今回はその経路と仕組みについて書いていきます。


    先ほど、植物は主に根から水分を吸収するといいましたが、これは正確ではありません。正確には、維管束植物は主に根から水分を吸収する。です。他にも、水生植物、着生植物とかあるけどここではパスします。ここでは植物という単語は、特別な指定がない限りは維管束植物を指すことにします。


    d309f391.jpg


    水分は主に2種類の方法で植物に吸収されます。一つ目は、積極的な吸収(Active absorption)です。これは、ATPと言われるエネルギーが必要で、水の勾配に逆らって吸収が起こります。(against concentration gradient)

    二つ目は、受動的な吸収(passive absorption)です。これは、水の浸透勾配に従って吸収されるのでエネルギーは使いません。

    ここで話しているのは、水分を吸収する際にエネルギーを使うかどうかがカギになっています。


    次に根における水分の吸収について説明していきます。

    3つの経路で水分の吸収が生じます。

    一つ目はApoplast pathwayです。この経路は細胞壁の中を水分が通っていく経路です。大多数の水分がこの経路から吸収されます。

    二つ目、Transmembrane pathwayは細胞の中を水分が通る経路で、一方の細胞から違う細胞へと通ります。Suberinというワックスのような働きをするタンパク質が関わるようです。

    三つ目、Symplast pathwayは、plasmodesmataというcytoplasm同士を繋げている構造を通して水分が吸収される経路です。

    ここまでで、根で吸収された水分は根の細胞内で3つの経路を用いて移動することがわかりました。


    次に、この吸収された水分が茎を通っていく経路についてみていきます。

    茎の中でも水分が通るのは導管と呼ばれる死んだ細胞の間です。死んだ細胞というのは細胞分裂や代謝を行っていない細胞という意味です。

    ここでは二種類の形の異なる細胞がでてきます。Tracheids,vessile elementsです。前者が細長く、後者が短く太い形をしています。ここはそんなに重要ではないでしょう。


    ここまでは根から吸収された水分が導管を通っていくことをまとめました。次はどんな力が働いて水が重力に逆らって上に上がっていくの?といったことを見ていきます。

    蒸散(transpiration)についてまとめていきます。

    水が導管を通って上がっていく時に使われる力はこの蒸散の引っ張る力(transpiration pull)によるものです。この蒸散というものは、大気と繋がっている葉肉細胞(Mesophyll cell)から水分が水蒸気として放出されていくことです。

    概略としては導管→mesophyll cellの細胞壁→air spaceで水分が蒸気に→気孔から放出という流れです。この話は後でもう少し続きます。


    ここまでで、根から吸収された水分は3つの経路で細胞に入っていき、導管を蒸散による力により吸い上げられ、葉の細胞へ行きわたること。葉の細胞内では、液体で存在していた水分が気体になり気孔から大気へ放出されること。までをまとめました。

    上手くまとめられたでしょうか。次回は気孔の話をもう少し詳しくまとめていくこと思います。では。


    bb56f7ea.jpg

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