2019年 理工学部 シラバス - 物理学科
設置情報
| 科目名 | 生物物理学 | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 物理学科 | 学年 | 3年 |
| 担当者 | 山中 雅則 | 履修期 | 前期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 金曜1 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | M51M |
| クラス | |||
| ポリシー | ディプロマ・ポリシー【DP】 カリキュラム・ポリシー【CP】 | ||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
概要
| 学修到達目標 | 生物物理学は基本的には生命現象を物理学の立場から理解する学問体系であるが、物理学のように力学・電磁気学・量子力学・統計力学のように明確に体系化されているわけではない。この授業でははじめの数回は生命現象を知る上で必要な生物学の基本事項を習得し、中盤以降は主として構造生物学への物理学の具体的な応用方法について解説し、物理学から見た生物物理学という観点から理解を深める。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
講義形式。板書とスライド、PCによるシミュレーションのデモンストレーション等を行う。 |
| 履修条件 | 高等学校レベルの生物に関する基本事項を理解しておくことが望ましい。 |
授業計画
| 第1回 | 生物物理学の全体像。生物の構成単位である細胞とその構造と機能について解説を行う。 生体物質１：生体を構成する物質のうち低分子化合物を主としてメタボロームの観点から解説を行う。 準備学習：生物物理学とはどのような学問であるのかについて各自で調べて第１回目の授業時に提出する（２時間） |
|---|---|
| 第2回 | 生体物質２：生体を構成する物質のうち高分子化合物について解説を行う。セントラルドグマと関係する物質、DNA、RNA、蛋白質、酵素、高分子化合物などの構造と機能。 準備学習：前回の授業内容を復習して疑問点を整理する（３０分） |
| 第3回 | 生殖と増殖、遺伝学：遺伝と遺伝子について表現型と遺伝子型の観点から解説する。遺伝暗号とコドン、遺伝子多型、１遺伝子多型などの分子生物学の観点から理解する。伴性遺伝、ＨＬＡなどの免疫、生命進化の分子時計、ダーウィンの進化論と分子進化の中立説についても言及する。 準備学習：前回の授業内容を復習して疑問点を整理する（３０分） |
| 第4回 | 蛋白質の１次構造、２次構造、３次構造、４次構造、ドメイン、モチーフ、リガンド等の蛋白質の構造と機能について説明を行う。蛋白質の合成、蛋白質の分類等についてプロテオームの観点から説明する。 準備学習：前回の授業内容を復習して疑問点を整理する（３０分） |
| 第5回 | Protein Data Bank, Gene Bank, CATH, SCOPなどの生命情報学に関連したデータベース。FASTA形式、PDB形式等のデータベースのファイル書式等の解説 準備学習：前回の授業内容を復習して疑問点を整理する（３０分） |
| 第6回 | 構造生物学と物理学１：Ｘ線結晶回折による高分子化合物の構造決定法について解説する。具体例としてワトソン・クリック・フランクリンによるDNAのX線による構造解析、蛋白質のX線構造解析を説明する。Spring8、KEKの遠隔操作実験等を説明する。 準備学習：前回の授業内容を復習して疑問点を整理する（３０分） |
| 第7回 | 構造生物学と物理学２：高次元核磁気共鳴による高分子化合物の構造決定法について解説する。可能であれば３次元ＮＭＲシグナルからのアミノ酸の帰属についてシミュレートする。 準備学習：前回の授業内容を復習して疑問点を整理する（３０分） |
| 第8回 | 構造生物学と物理学３：蛋白質の動的性質（フォールディング、アンフォールディング、アンフィンセンの実験、エネルギーランドスケープ）、分子動力学の原理と分子動力学による蛋白質のシミュレーション。 準備学習：前回の授業内容を復習して疑問点を整理する（３０分） |
| 第9回 | 構造生物学と物理学４：近代分子生物学における組み合わせ論的方法の応用という観点から整理と解説を行う。ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、アガロース電気泳動を含むサンガー法、ヒトゲノム計画におけるショットガン法、生物計算機、グラフ理論とＤＮＡ計算機、等について組み合わせ理論の観点から捉えなおす。 準備学習：前回の授業内容を復習して疑問点を整理する（３０分） |
| 第10回 | 物理学の応用１：多変量解析への物理学の応用例として主成分分析を説明し、具体的に生体高分子の時系列データ解析への応用例を解説する。 準備学習：前回の授業内容を復習して疑問点を整理する（３０分） |
| 第11回 | 物理学の応用２：ニューロンと神経系について説明を行い、具体的にニューロン発火のデータ解析において物理学的手法がどのように高次脳機能の解析に応用されているか解説する。 準備学習：前回の授業内容を復習して疑問点を整理する（３０分） |
| 第12回 | 物理学の応用３：蛋白質の電子状態の量子化学計算について説明をおこなう。ハートレーフォック法、密度汎関数法、フラグメント分子軌道法等を解説する。 準備学習：前回の授業内容を復習して疑問点を整理する（３０分） |
| 第13回 | 放射線生物学：放射能と放射線、放射線の生物に対する影響を原子・分子レベルから解説する。環境放射能や地球温暖化など社会学的な観点から生態系における放射能と生物の関係について物理学的に考察する。 準備学習：前回の授業内容を復習して疑問点を整理する（３０分） |
| 第14回 | 生命情報科学（バイオインフォマティクス）と計算物理学、並列計算と計算量・計算資源、ＰＣとスーパーコンピュータの関係について解説する。 準備学習：前回の授業内容を復習して疑問点を整理する（３０分） |
| 第15回 | ヒトゲノムとヒトゲノム計画、ゲノム情報と倫理、オミックス、ｉＰＳ細胞等の現代生物学と物理学の接点について解説を行う。ポストゲノムとゲノム創薬、インシリコ創薬における計算機物理学と計算情報学の役割を中心に、今後の展望を解説する。 準備学習：前回の授業内容を復習して疑問点を整理する（３０分） |
その他
| 教科書 |
随時、資料をプリントして配布する。
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| 参考書 |
授業内で指示を行う
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| 成績評価の方法 及び基準 |
レポートと小テストにより評価する。レポートは授業内に作業を行うことがほとんどであり、授業を欠席するとレポート作成ができなくなりレポート点が０点となる。小テストは授業開始時９：００〜行うので遅刻をしないようにしてください。 |
| 質問への対応 | 授業後 |
| 研究室又は 連絡先 |
授業中に板書により通知する。 |
| オフィスアワー |
火曜 駿河台 10:30 ～ 12:30
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| 学生への メッセージ |
授業に出席して授業を聞いてください。授業中にレポートや小テストの連絡を行います。授業を欠席すると情報が得られなくなり、結果的に不合格となることがあります。 |