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生物学基礎

生物学基礎. 生命工学科 養王田　正文. What is お酒 ?. 日本では、アルコールを 1 ％以上含む飲料のことを「お酒」といいます。アルコールにはエタノール（エチルアルコール）、メタノール（メチルアルコール）、プロパノール（プロピルアルコール）などがありますが、一般的にお酒として飲まれるのはエタノール（日本語の名称では、「酒精」ともいいます）です。エタノールは体内に入ると、酵素の働きにより、最終的に水と二酸化炭素に分解されて、汗や尿、呼気から排出されます 。

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Presentation Transcript

  1. 生物学基礎 生命工学科 養王田　正文

  2. What is お酒? 日本では、アルコールを1％以上含む飲料のことを「お酒」といいます。アルコールにはエタノール（エチルアルコール）、メタノール（メチルアルコール）、プロパノール（プロピルアルコール）などがありますが、一般的にお酒として飲まれるのはエタノール（日本語の名称では、「酒精」ともいいます）です。エタノールは体内に入ると、酵素の働きにより、最終的に水と二酸化炭素に分解されて、汗や尿、呼気から排出されます。 http://www.asahibeer.co.jp/csr/tekisei/guidebook/health/about/index.html

  3. エタノール • エタノール　　　　C2H5OH • メタノールCH3OH • プロパノールC3H7OH

  4. エタノールを飲むと http://www.suntory.co.jp/arp/main/what/index2.html

  5. エタノールの脳への効果 1 http://www.suntory.co.jp/arp/main/what/index2.html

  6. エタノールの脳への効果 2 • ドーパミンの分泌促進 • 脳内で楽しさや心地よさといった感情を生み出す神経伝達物質 • セロトニンの分泌促進 • 過剰な動きや不安、恐怖といった感情を抑え、気持ちを鎮静化させるためにはたらく脳内物質

  7. エタノールの脳への効果 3 • グルタミン酸受容体の阻害 • グルタミン酸は脳内の神経伝達物質 • 筋肉の力が抜ける。動作の協調性がくずれる • 言葉がもつれる。脈拍や呼吸が乱れる。 • NMDA受容体の阻害 • グルタミン酸受容体の１種 • ものごとを記憶できなくなる。 • GABA受容体の活性化 • 不安感の除去、鎮静作用

  8. グルタミン酸

  9. GABA (γ-アミノ酪酸）

  10. お酒の分類 • 醸造酒 • 酵母の発酵作用によって製造するお酒 • ワイン、ビール、日本酒など • 蒸留酒 • 醸造酒を蒸留して、アルコールの濃度を上げたお酒 • ウイスキー、ブランデー、ウオッカ、焼酎など • 混成酒 • 蒸留酒や醸造酒に、ハーブや果実、糖類などのエキスを加えたお酒 • 梅酒など

  11. 生命科学はお酒の研究からスタートした 葡萄の果汁 ワイン ブドウ糖　（C6H12O6） 発酵 エタノール（C2H5OH） ワインの作り方

  12. エタノール発酵を担う生物：酵母 ビール酵母 （出芽酵母）

  13. 発酵研究の歴史 • 1680年　レーエンフック (Leeuwenhoek)：酵母を発見。 • 1789年　ラボアジェ（Lavoisier）：発酵の際にブドウ糖がアルコールと二酸化炭素に分解することを定量的に示した。 • 1800年フランスの学士院：　発酵の原因究明のために，解明者には金1kgという懸賞金を付けて論文の募集を行った。そこで，化学者や生物学者が一番乗りをねらって研究することになった。 • 1837年　シュワン（Scwann）：　酵母が発酵を起こすと初めて主張。 • ベルツェリウス（Berzelius）：シュワンにまっこうから反対して触媒が発酵を起こさせると主張。 • リービッヒ（(Liebig)：酵母が死ぬときに生じる物質が触媒として糖に作用して発酵を起こさせると述べた。 • パスツール(Pasteur) ：ブドウのしぼり汁を煮沸すると，発酵が起こらないことを実証し、「生命のないところに発酵なし」を主張。 • ブフナー(Buchner)：酵母のしぼり汁に腐り止めのためスクロースを加えておいたところ，発酵することを発見。酵母の細胞内にある酵素の触媒作用が発酵の原因であることを証明。1907年のノーベル化学賞受賞。

  14. グルコース

  15. 砂糖、乳糖、麦芽糖

  16. でんぷん、グリコーゲン http://www.glico.co.jp/kinenkan/sogyo/sogyo2.html

  17. ビールの作り方

  18. 日本酒の作り方

  19. 麹菌　（Aspergillusoyzae）

  20. 麹とは http://www.sennen-koujiya.jp/about/koujinokihon

  21. 主なアルコール代謝

  22. アセトアルデヒド • アセトアルデヒドは、血中濃度が数μM以上になると薬理作用が現れ、血中濃度が10μM以上に上昇すると、顔面紅潮（顔面発赤）、頭痛、悪心（嘔気）、嘔吐などの、中毒症状が現れる。

  23. アセトアルデヒドの分解 アセトアルデヒドを酢酸に代謝するALDH（アルデヒド脱水素酵素）には、ALDH1と、ALDH2の、二つのアイソザイムが、存在する。 ALDH1は、ミトコンドリア外の細胞質に存在するので、アセトアルデヒド（飲酒に際して、エタノールが、アルコール脱水素酵素により代謝され生成される）の除去には、有用でない（Kmは、約100μM）。 ALDH2は、ミトコンドリア内に局在する。飲酒に際して生成されるアセトアルデヒドは、主に、ALDH2により、代謝（処理）され、酢酸に酸化される。ALDH2の方が、アセトアルデヒドに対する親和性が高く、アセトアルデヒドは、主に、ALDH2により代謝を受ける。

  24. ヒトのゲノム ヒト染色体

  25. ALDH2の個人差　1 ALDH2には、活性を有するALDH2*1（活性型）と、活性を有しないALDH2*2（不活性型）という、２種類の遺伝子多型が、存在する。 ALDH2*1/*1遺伝子型の人は、アセトアルデヒドを肝臓内で完全に処理する（アセトアルデヒドを代謝する能力が高い）ので、飲酒しても、血中に、アセトアルデヒドが殆ど増加しないので、お酒に強い（アルコールを多量に飲める）。 ALDH2*1/*2遺伝子型の人は、アセトアルデヒドを肝臓内で十分に処理出来ないので、飲酒すると、血中に、アセトアルデヒドが増加してしまい、顔面紅潮（顔面発赤）や、動悸（心悸亢進）などが起こり、お酒に弱い（大量の飲酒は出来ないが、適量の飲酒は出来る）。 ALDH2*2/*2遺伝子型の人は、アセトアルデヒドを肝臓内で全く処理出来ない（アセトアルデヒドを代謝出来ない）ので、少量、飲酒しただけで、血中に、アセトアルデヒドが増加してしまい、顔面紅潮（顔面発赤）などの症状が出現するので、全く、飲酒出来ない。このようなALDH2*2/*2遺伝子型の人は、フラッシャー（flusher）と呼ばれ、ビール50mlを飲んだだけでも、アセトアルデヒドの血中濃度が数μM以上に上昇し、顔面紅潮などの症状が出現する。ALDH2*2/*2遺伝子型の人（フラッシャー）は、白人では約1％しかいないが、日本人では約10％いると言われる。　

  26. ALDH2の個人差　2

  27. ALDH2の個人差　3 ALDH2*2/*2遺伝子型の人は、白人では約1％しかいないが、日本人では約10％いると言われる。　日本人の４０％の人は、ALDH2が、遺伝的に変異していて、ALDH２の活性が欠落した人（ALDH2*2のホモ接合型）と、ALDH2の活性が低下した人（ALDH2*2のヘテロ接合型）が、存在する。 ALDH2*2/*2の人がお酒を飲むということは、毒であるアセトアルデヒドを飲むことと同じ。

  28. 酵母も人も同じメカニズムでグルコースを分解している酵母も人も同じメカニズムでグルコースを分解している

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