今回の到達目標●

分子の性質を予測する理論的方法の特徴について簡単に説明することができる‣ 分子の骨格構造による 化学的性質 の違いは？
‣ 親水性値・疎水性値 を求める方法は？
‣ log P を求める方法は？
●分子の骨格構造や log P の値に基づいて、分子の化学的性質を論理的に説明 したり、予測 することができる

分子の 性質 を予測する

Ｑ）親水性 とは？
Ａ）水に溶解しやすい（混ざりやすい）性質
特徴 ： 水との間に「水素結合」を作り易い

Ｑ）疎水性 とは？
Ａ）水に溶解しにくい（混ざりにくい）性質
脂質（油）・非極性溶媒に溶解しやすい性質
特徴 ： 体内に蓄積しやすい➡

医薬品・毒性

環境に残留しやすい

➡

環境問題
3

有機概念図（親水性・疎水性値）とは？
実験結果をもとにして，分子の骨格構造ごとに親水性・疎水性の値を「経験的に」決めたもの
分子の「置換基の種類」で決められた値から，化合物の性質を予測することができる
疎水性値
カルボキシル基 -COOH
ヒドロキシル基-OH

アミン>N-Rカルボニル基>C=O

炭素

C

チオール基-SH

塩素-Cl

ベンゼン環

親水性値

分子の親水性・疎水性値を計算する方法は？
manaba で配布する 有機概念図の計算シート を使う

タンパク質の「性質」を予測する

タンパク質とは？

東京書籍「高校生物」

タンパク質を構成している要素 とは？
２０種類のアミノ酸 である
アミノ酸の性質は「側鎖の違い」によって決まる
側鎖➡ 親水性 / 疎水性R
H2N C COOH
H
アミノ基カルボキシル基

ヒトのタンパク質を構成するアミノ酸は？

メチオニンの側鎖 の 性質は？

CH3
S
CH2
CH2
H2N C COOH
H
メチオニン

油に溶けやすいフェニルアラニンの側鎖 の 性質は？

CH2
H2N C COOH
H
フェニルアラニン

フェニルアラニンの側鎖 の 性質は？

CH2
H2N C COOH
Hフェニルアラニン

油に溶けやすいグルタミン酸の側鎖 の 性質は？

COOH
CH2CH2H2N C COOH
Hグルタミン酸

グルタミン酸の側鎖 の 性質は？

COOH
CH2CH2H2N C COOH
Hグルタミン酸

水に溶けやすい小テスト：アミノ酸の側鎖の性質

小テストについて●

授業中に manaba で 小テスト を実施します●

小テストを受講するときに、下記の資料を参考にすることができます‣ 実験テキスト‣ 自分の 実験ノート‣ 自分の 予習レポート●

他の人の回答を見たり、他の人の実験ノートや予習レポートを見たりすることはできません小テスト：5 分

休憩時間：5 分

アミノ酸の側鎖 の 性質は？
疎水性値

親水性値

メチオニン
バリン
フェニルアラニン
セリン
トレオニン
グルタミン酸CH3COOH

SCH2CH3CH2HC CH3CH2OH

CH3CH2CH2HC OH

CH2H2N C COOH H2N C COOH H2N C COOH H2N C COOH H2N C COOH H2N C COOH
HH
H
H
H
H

メチオニン

バリン

フェニルアラニン

セリン

トレオニン

グルタミン酸水素結合を作りやすい アミノ酸の特徴は？

アスパラギン水素結合を作りにくい アミノ酸の特徴は？

ロイシン

タンパク質の立体構造 は どのように決まるか？
親水性の側鎖が「外側」，疎水性の側鎖が「内側」になるように，タンパク質は折れ畳まれる➡

アミノ酸の配列 から タンパク質の構造を予測できる

親水性 の 側鎖

疎水性 の 側鎖

疎水性の側鎖は親水性の側鎖はタンパク質の内部 タンパク質の表面に折れ畳まれるで水和する

タンパク質の立体構造 を Chem3D で 調べてみよう

PDB IDを入力する
1buw

ヘモグロビン の 立体構造

ヘモグロビン の 立体構造

ヘモグロビン の 立体構造

ヘモグロビン の アミノ酸配列 は？

VHLTPEEKSA VTALWGKVNVDEVGGEALGR LLVVYPWTQRFFESFGDLST PDAVMGNPKVKAHGKKVLGA FSDGLAHLDNLKGTFATLSE LHCDKLHVDPENFRLLGNVL VCVLAHHFGKEFTPPVQAAY QKVVAGVANALAHKYH

ヒトのタンパク質を構成するアミノ酸は？

ヘモグロビン の アミノ酸配列 は？

VHLTPEEKSA VTALWGKVNVDEVGGEALGR LLVVYPWTQR
FFESFGDLST PDAVMGNPKVKAHGKKVLGA FSDGLAHLDNLKGTFATLSE LHCDKLHVDPENFRLLGNVL VCVLAHHFGKEFTPPVQAAY QKVVAGVANALAHKYH

ヘモグロビン の アミノ酸配列 が １文字変わる と？

VHLTPEEKSA VTALWGKVNVDEVGGEALGR
LLVVYPWTQR
グルタミン酸 → バリン
FFESFGDLSTPDAVMGNPKV（E）（V）
KAHGKKVLGA FSDGLAHLDNLKGTFATLSE LHCDKLHVDPENFRLLGNVL VCVLAHHFGKEFTPPVQAAY QKVVAGVANA
LAHKYHヘモグロビン の アミノ酸配列 が １文字変わる と？

正常な赤血球

かま状赤血球ヘモグロビン の アミノ酸配列 が １文字変わる と？

かま状赤血球貧血

ヘモグロビン の アミノ酸配列 が １文字変わる と？

ヘモグロビン４量体

ヘモグロビン４量体

ヘモグロビン４量体

ヘモグロビン４量体

ヘモグロビン４量体
33

ヘモグロビン の アミノ酸配列 が １文字変わる と？

VHLTPEEKSA VTALWGKVNVDEVGGEALGR
LLVVYPWTQR
グルタミン酸 → バリン
FFESFGDLST（性質？） （性質？） PDAVMGNPKVKAHGKKVLGA FSDGLAHLDNLKGTFATLSE LHCDKLHVDPENFRLLGNVL VCVLAHHFGKEFTPPVQAAY QKVVAGVANALAHKYH

アミノ酸の側鎖 の 性質は？
疎水性値

親水性値

メチオニン
バリン
フェニルアラニン
セリン
トレオニン
グルタミン酸CH3COOHSCH2CH3CH2HC CH3CH2OH

CH3CH2CH2HC OH

CH2H2N C COOH H2N C COOH H2N C COOH H2N C COOH H2N C COOH H2N C COOHHHHHHH

メチオニン

バリン

フェニルアラニン

セリン

トレオニン

グルタミン酸ヘモグロビン の アミノ酸配列 が １文字変わる と？

VHLTPEEKSA VTALWGKVNVDEVGGEALGR
LLVVYPWTQR
グルタミン酸 → バリン
FFESFGDLST（親水性） （疎水性） PDAVMGNPKVKAHGKKVLGA FSDGLAHLDNLKGTFATLSE LHCDKLHVDPENFRLLGNVL VCVLAHHFGKEFTPPVQAAY QKVVAGVANA
LAHKYHヘモグロビン の アミノ酸配列 が １文字変わる と？

E6V

ヘモグロビン４量体

E6V

ヘモグロビン４量体

E6V

ヘモグロビン４量体

E6V

ヘモグロビン４量体

ヘモグロビン４量体

E6V37

ヘモグロビン の アミノ酸配列 が １文字変わる と？
E6V

COOH

ヘモグロビン表面のアミノ酸がグルタミン酸（酸性）からバリン（中性非極性）に変わる

CH2CH3CH2HC CH3

H2N C COOHH

H2N C COOH
H

グルタミン酸➡

バリンヘモグロビン の アミノ酸配列 が １文字変わる と？

E6V

ヘモグロビンが疎水的な相互作用で集まって繊維状の凝集体になる

E6V
E6V

ヘモグロビン表面のアミノ酸がグルタミン酸（酸性）からバリン（中性非極性）に変わる

ヘモグロビン の アミノ酸配列 が １文字変わる と？

ヘモグロビンが疎水的な相互作用で集まって繊維状の凝集体になる
中性非極性アミノ酸は●●●●●●●性質 を持つ
ヘモグロビン表面のアミノ酸がグルタミン酸（酸性）からバリン（中性非極性）に変わる

ヘモグロビン の アミノ酸配列 が １文字変わる と？

ヘモグロビンが疎水的な相互作用で集まって繊維状の凝集体になる
中性非極性アミノ酸は水に溶けにくい性質 を持つ
ヘモグロビン表面のアミノ酸がグルタミン酸（酸性）からバリン（中性非極性）に変わる

ヘモグロビン の アミノ酸配列 が １文字変わる と？

異常なヘモグロビン凝集体を持つ
赤血球のかたちが変形する

ヘモグロビンが疎水的な相互作用で集まって繊維状の凝集体になる
中性非極性アミノ酸は水に溶けにくい性質 を持つ
ヘモグロビン表面のアミノ酸がグルタミン酸（酸性）からバリン（中性非極性）に変わる

ヘモグロビン の アミノ酸配列 が １文字変わる と？

赤血球の酸素運搬能が低下する「貧血症」を発症する

異常なヘモグロビン凝集体を持つ
赤血球のかたちが変形する

ヘモグロビンが疎水的な相互作用で集まって繊維状の凝集体になる
中性非極性アミノ酸は水に溶けにくい性質 を持つ
ヘモグロビン表面のアミノ酸がグルタミン酸（酸性）からバリン（中性非極性）に変わる

休憩時間：5 分

医薬品の「性質」を予測する

インフルエンザ に罹ったときに飲んだ薬は？

HOO
HOOH

O

OH

O
O

O

NH
H 2N

NH

O

NH
NH2NH

リレンザ

タミフル

O

インフルエンザ に罹ったときに飲んだ薬は？

HOO
HOOH

OOH

O
O

O

NH
H 2N

NH

O

NH
NH2NH

リレンザ

タミフル

O

48

ノイラミニダーゼ

阻害剤ノイラミニダーゼがシアル酸との結合を切断することを 阻害 する 49ノイラミニダーゼの立体構造 を 調べてみよう

PDB IDを入力する2bat

ノイラミニダーゼの立体構造 を 調べてみようインフルエンザ治療薬 の 化学的性質は？

HOO
HOOH

OOH

O
OO

NH
H 2N

NHONH
NH2NH

リレンザ

タミフルO

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 = Co / Cw）の対数
log P の値が大きい➡

疎水性が高い化学物 ● の濃度
オクタノール

水● ● ● ● ● ●
● ●
●
●
●● ●●

●
●

●

CoCw

リレンザ の log P は？

HOO
HOOH

OOHO
OONH
H 2NNHONH
NH2NHリレンザ

タミフルO

分子の log P を調べる方法は？
スタートメニュー ➡︎ ChemOffice ➡︎リレンザ の 化学構造 を 描く

環構造

リレンザ の 化学構造 を 描く

結合

リレンザ の 化学構造 を 描く

OH置換OHNH2

リレンザ の 化学的性質 を 調べる

リレンザ の log P (CLogP) を 調べる

演習：タミフル の CLogP は？

HOO
HOOH

O

OH

O
O

O

NH
H 2NNHO

NH
NH2NHリレンザタミフルO

小テスト：タミフル の 化学的性質

小テストについて●

授業中に manaba で 小テスト を実施します●

小テストを受講するときに、下記の資料を参考にすることができます‣ 実験テキスト‣ 自分の 実験ノート‣ 自分の 予習レポート●

他の人の回答を見たり、他の人の実験ノートや予習レポートを見たりすることはできません小テスト：5 分リレンザ と タミフル の CLogP は？
HOOOHOOHOHO
OONHH 2NNHNHNH2O

NH

リレンザ
タミフル
親水性

疎水性O

細胞膜（脂質二重膜）を通過できる物質は？
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される
親水性の化合物 は 体内に吸収されにくい
疎水性の化合物

水などの小さな分子親水性の化合物

リレンザ の 特徴は？
リレンザ は 吸入薬である吸入投与すると作用部位の上気道に直接到達する
リレンザ は 経口投与では体内に吸収されにくい
親水性の化合物は体内には吸収されにくい傾向がある
リレンザ は 親水性である

log P が小さいほど親水性
リレンザ の CLogP = -5.56

休憩時間：5 分

演習：分子の「性質」を予測する

演習レポートについて●

授業中に完成させて、最終版を提出します‣ 実験ノートに下書きをすることをお勧めします●

教員やTAのサポートやアドバイスを受けながら取り組むことができます●

他の受講生と相談することもできます‣ お互いに助け合う（ピア・サポート）の態度をプラスに評価します●

ただし、他の人のレポートを書き写すだけということはできません（※教員・TAが注意します）

課題１次の分子について、ChemDraw で CLogP を調べよ。
OOH

O

O

OH

OH

O
OH

O
O

Cl

サリチル酸

アセチルサリチル酸

ClCl

サリチル酸メチル

ClCl

Cl

O

Cl

Cl

Cl

Cl

O

Cl

Cl
Cl

Cl

ポリ塩化ビフェニル（PCB）

Cl

ベンゼンヘキサクロリド（BHC）

ダイオキシン（TCDD）

課題２
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。
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 CLogP の値 に基づいて、その理由を説明せよ。

課題２
アセチルサリチル酸 を 含む「飲み薬」
OOH
OO

サリチル酸メチル を 含む「貼り薬」
OOOH

課題２ の ポイント
貼り薬は、皮膚から吸収される必要がある。
皮膚の角質層には脂質が多く含まれるため、疎水性の化合物の方が角質層に移行しやすい。
疎水性の化合物

水などの小さな分子親水性の化合物

課題３
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）。
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 CLogP の違いに基づいて説明せよ。

課題３
例：海洋生態系に含まれる BHC と PCB の濃度
ClClCl

ClCl

ClCl

ClCl

Cl

BHC

PCB

植物プランクトン

0.261.7

ハダカイワシ

2.243

スジイルカ

775200Cl（単位：ppb）

課題３ の ポイント
疎水性の化合物は、細胞膜を透過しやすく、生体内で脂肪などに蓄積しやすい
親水性の化合物は，代謝・排出されやすい
疎水性の化合物

水などの小さな分子

親水性の化合物