生物物理学 (M14N)

日本大学理工学部

2025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・小松崎	履修期	前期
単位	2	曜日時限	月曜4
校舎	駿河台	時間割CD	M14N
クラス
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	対面授業
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。
ディプロマ・ポリシー（DP）及びカリキュラム・ポリシー（CP）との関連	本授業科目はDP3及びCP3に該当しています。

授業計画

第1回	生命とは何か：その起源と進化、生体の基本単位である細胞とその構造・機能について講義する。課題等のフィードバック方法は授業内で説明する。（小松﨑）	【事前学習】授業内容に関連するテーマについて、指定された参考書などを用いて調べる。【事後学習】配布されたプリントなどを参考にして、講義の内容を整理する。(4時間)	事前学習：2時間事後学習：2時間
第2回	生体化学分子：細胞を構成する化学物質について説明し、生体機能を担うナノマシーンであるタンパク質の構造と機能を詳述する。課題等のフィードバック方法は授業内で説明する。（小松﨑）	【事前学習】配布されたプリント中の指示された場所の内容、あるいは口頭で指示された内容について、指定された参考書などを用いて調べる。【事後学習】配布されたプリントなどを参考にして、講義の内容を整理する。	事前学習：2時間事後学習：2時間
第3回	生物の中の物理学：生体内でのエネルギー変換の基礎となる物理法則を解説する。また、酵素の反応速度論を取り上げ、生化学反応における酵素の役割を説明する。課題等のフィードバック方法は授業内で説明する。（小松﨑）	【事前学習】配布されたプリント中の指示された場所の内容、あるいは口頭で指示された内容について、指定された参考書などを用いて調べる。【事後学習】配布されたプリントなどを参考にして、講義の内容を整理する。	事前学習：2時間事後学習：2時間
第4回	生体膜とシグナル伝達：生体膜（脂質二重膜）の構造、膜に含まれる分子（リン脂質、コレステロール、膜タンパク質）について解説する。さらに、環境や他の細胞からのシグナルを受け取った細胞がどのように応答するのか、その分子機構について紹介する。課題等のフィードバック方法は授業内で説明する。（小松﨑）	【事前学習】配布されたプリント中の指示された場所の内容、あるいは口頭で指示された内容について、指定された参考書などを用いて調べる。【事後学習】配布されたプリントなどを参考にして、講義の内容を整理する。	事前学習：2時間事後学習：2時間
第5回	細胞の時間スケール：細胞周期の各段階とその制御機構について解説する。細胞増殖、分化、アポトーシスなど、細胞の時間的制御に関する生物物理学的視点を提供する。課題等のフィードバック方法は授業内で説明する。（小松﨑）	【事前学習】配布されたプリント中の指示された場所の内容、あるいは口頭で指示された内容について、指定された参考書などを用いて調べる。【事後学習】配布されたプリントなどを参考にして、講義の内容を整理する。	事前学習：2時間事後学習：2時間
第6回	生体の力学と運動：細胞や生体分子の運動に関する物理法則について解説する。アクチンフィラメントや微小管のダイナミクス、モータータンパク質による細胞内輸送のメカニズムを取り上げる。課題等のフィードバック方法は授業内で説明する。（小松﨑）	【事前学習】配布されたプリント中の指示された場所の内容、あるいは口頭で指示された内容について、指定された参考書などを用いて調べる。【事後学習】配布されたプリントなどを参考にして、講義の内容を整理する。	事前学習：2時間事後学習：2時間
第7回	生物の情報処理とシグナル伝達：生体内での情報処理の物理学的側面を解説する。神経伝達、シグナル伝達カスケード、フィードバック制御など、細胞間および細胞内での情報伝達機構について詳述する。課題等のフィードバック方法は授業内で説明する。（小松﨑）	【事前学習】配布されたプリント中の指示された場所の内容、あるいは口頭で指示された内容について、指定された参考書などを用いて調べる。【事後学習】配布されたプリントなどを参考にして、講義の内容を整理する。	事前学習：2時間事後学習：2時間
第8回	生体物質：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。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事後学習：配布資料からのノート作成を行う	準備学習：２時間事後学習：２時間
第9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事後学習：配布資料からのノート作成を行う	準備学習：２時間事後学習：２時間
第10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事後学習：配布資料からのノート作成を行う	準備学習：２時間事後学習：２時間
第11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。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事後学習：配布資料からのノート作成を行う	準備学習：２時間事後学習：２時間
第12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事後学習：配布資料からのノート作成を行う	準備学習：２時間事後学習：２時間
第13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事後学習：配布資料からのノート作成を行う	準備学習：２時間事後学習：２時間
第14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事後学習：配布資料からのノート作成を行う	準備学習：２時間事後学習：２時間
第15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。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事後学習：配布資料からのノート作成を行う	準備学習：２時間事後学習：２時間

その他

教科書
参考書	監訳：中村桂子/松原謙一/榊佳之/水島昇『Essential細胞生物学 [ISBN:9784524226825]』南江堂 2021年第5版
成績評価の方法及び基準	授業内課題・レポート等（10点X10回）
定期試験等について	平常点やレポート等の課題による評価予定
質問への対応	授業内、メール等で随時対応
研究室又は連絡先	教員名@nihon-u.ac.jp
オフィスアワー	月曜駿河台 12:00 ～ 13:00
学生へのメッセージ

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