後期 木曜日 ４講時. 単位数/Credit(s): 2. 担当教員/Instructor : 今井 正幸, 佐久間 由香. 学期/Semester: 後期. 開講年度/Year: 2024. 科目ナンバリング/Course code/number: SPH-PHY351J. 使用言語/Language Used in Course: 日本語.
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領域横断物理学講座（生物物理分野）
生命への物理からのアプローチ
Physical Approach toward the Cellular Life
非常に複雑で謎に満ちた生命を物理で理解する為に必要な知識を習得する。
本講義は前半の10回を今井が後半５回を佐久間が担当する。
前半の今井担当分では、生命系が持っている特徴について説明した後、生命系を理解するための熱・統計力学的および物性物理学的なアプローチを示す。こららの講義から、生命を特徴づける機能の物理的機構について、それら分子が統合されたシステムとして細胞を形作るメカニズムについて理解することを目的とする。
後半の佐久間担当分では、生命を成り立たせている物質に関する基礎的知識を学ぶ。
特に生体膜が示すの様々な現象から、その物理的な描像を得る。
In this course students will learn how to understand the cellular life from physics point of view.
Professor Imai will be in charge of the first 10 classes and Associate Professor Sakuma will be in charge of the latter 5 classes.
Prof. Imai will explain a overview of the cellular life, focusing on Information polymers (DNA and RNA), Proteins, Membranes and energy metabolism. Then essence of the cellular life, robust chemical reaction network, is demonstrated based on statistical physics and nonlinear dynamics. From these classes students will realize the pleasure of understanding the cellular life from physics point of view.
The theme of the lecture in the 4 lectures towards the last is the cell membrane. Here, how the cell membrane is constructed and the function will be described. More specifically, the lecture will start from the structure and function of cell membranes. It will then describe how to describe the deformation of membrane based on membrane elasticity model. This is followed by reproductions of cell deformations using model cell membranes, i.e., phospholipid vesicles. Next target is dynamics of the cell membrane, i.e., fluidity. Assoc. Prof. Sakuma will describe how the fluidity of cell membrane is estimated experimentally, which is a key issue to understand functions of cell membranes.
生命現象を物理で理解するという事の意義と方法論を理解する。それにより、複雑な課題に対して要素還元論的な物理的手法をどのように用いるのかについて考察し、様々な問題を解決する能力を身につける。
Students will learn how to understand the essence of life from physics point of view.
１. 生命の特徴 セントラルドグマ
２. 遺伝子
３. タンパク質
４. 生体膜
５. 生体系におけるエネルギー代謝
６. 生体膜の物理(I)
７. 生体膜の物理(II)
８. 力学系入門(I)
９. 力学系入門(II) 安定性解析
１０. 力学系入門(III) 化学振動現象
１１. 生体膜の構造
１２. 生体膜の形状と膜弾性エネルギーモデル
１３. 生体膜を作る脂質の種類と相分離構造
１４. 生体膜の流動特性
１５. 議論
1. What is Life? "Central Dogma"
2. Gene
3. Proteins
4. Biomembrane
5. Energy Metabolism
6. Physics of Membrane (i)
7. Physics of Membrane (ii)
8. Nonlinear Physics (i) Introduction
9. Nonlinear Physics (ii) Stability Analysis
10. Nonlinear Physics (iii) Chemical Oscillation
11. Structure of cell membrane
12. Shape of cell membrane determined by the membrane elasticity model
13. Heterogeneity of cell membrane due to phase separation of lipids
14. Fluidity of cell membrane
15. Discussions
出席とレポートを総合して判断する。
Grading will be based on attendance and reports.
講義はpptで行うが、以下の本を参考書として推薦する。
中村圭子・松原謙一監訳「細胞の分子生物学」第５版 NEWTON PRESS
細胞の物理生物学 Rob Phillips, Jane Kondev, Julie Theriot [共立出版]
力学系入門 M. W. Hirsch, S. Smale, and R. L. Devaney [共立出版]
関連の教科書を読み、課題を解く。
Students are required to read related texts and solve problems.
質問 大歓迎