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地球上には多様な生物が存在するが，これらが共通して持っている基本的なしくみがある．生命現象を支える分子と細胞の基本的なはたらきについて理解することを目指す．もやもやした「生命の神秘」の曖昧さから解放し，「単純な原理に基づいて組み立てられている複雑さ」が実現している，もう一つの「神秘」に案内したい．なお，高校生物の知識は要求しない．むしろ化学の知識を使うことが多い，これもできるだけ基礎的なところから解説する．
There are basic mechanisms that are shared by diverse organisms on the earth. We aim to understand the fundamental functions of the molecules and cells that constitute life. We want to free you from the assumption of "mystery of life" and guide you to another "mystery" that is realized by "complexity based on simple principles".
細胞は生命の基本単位である。本講義では、分子生物学、細胞生物学の基本概念を解説する。タンパク質の構造と機能、DNAの複製と遺伝、ゲノムの構造と遺伝子発現、細胞内小器官、膜輸送、細胞のシグナル伝達、細胞骨格と運動、細胞周期と分裂、細胞社会と癌、動物発生などについて分子的なしくみを理解することを目的とする。
Cells are the fundamental units of life. This course explains the basic concepts of molecular and cellular biology, including structures and functions of proteins, DNA replication and genetic mechanisms, genome structure and gene expression, organelles and membrane transport, cell signaling, cytoskeletons, cell cycle, cell communications, cancer and animal development.
ゲノム上にコードされている遺伝情報がどのように保存され、複製され、転写され、機能を発現するのか、また、それらの調節機構を分子レベルでとらえ、生命活動を担う生体分子について理解する。医療において分子生物学を用いた技術は遺伝子診断や検査、遺伝子治療などとして利用されており、その原理や手法を理解する。
Understand the molecular mechanisms of how genetic information on the genome is conserved, copied, transcribed, and functions are expressed, and how these mechanisms are regulated. And gain knowledge the principles and methods of molecular biology-based technologies applied in medicine, such as genetic diagnosis, testing, and gene therapy.
Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１．目的
バイオテクノロジーは近年著しい進歩を遂げている。この授業ではそれを支える生物化学の基礎、とりわけ、生体構成物質の構造と機能の基礎知識について学ぶ。
２．概要
これまで学んできた有機化学や物理化学の知識を基にして、生体機能発現と密接に関連するアミノ酸やタンパク質の構造、生体触媒としての酵素の構造と機能、およびその反応速度論、補酵素の種類と役割などについて学ぶ。
３．達成目標等
この授業では主に以下のような能力を習得することを達成目標にする。
・複合領域としての生物化学を、生命現象、細胞、水との関係で理解することができる。
・生体機能を司るタンパク質やアミノ酸の構造と機能を理解し、説明することができる。
・生体触媒である酵素の構造と機能を理解し、速度論的な解析をすることができる。
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
Object and Summary of Class
This course provides students with basic knowledge on biochemistry, in particular structures and functions of biomolecules such as amino acids and proteins.
Goal of Study
The purpose of this course is to help students explain the following biochemistry topics:
· Cell structures and roles of water in biochemical phenomena
· Structures and functions of amino acids, peptides, and proteins
· Structures and functions of enzymes and enzyme kinetics
生命現象は物理や化学の言葉で語ることができることを、20世紀の生命科学の歴史が証明した。生体を構成する物質は多様で複雑であるが、物理や化学の法則に従い秩序をもって生命活動を支えている。本授業では、生物の様々な営みを分子レベルで理解するために、必要な細胞を構成する物質の特性、遺伝子、タンパク質、細胞の情報伝達機構について講義する。さらに、現代の生物化学の可能性と、直面する諸問題について考える。
It has been proved that all biological phenomena can be described by physical and chemical laws. Although the substances constituting living organisms are diverse and complex, they form an order with physical and chemical laws and support life activities. Students will learn about the basic biological molecules including amino acids, proteins, carbohydrates, nucleotides and fats. This lecture will also talk about basic molecular mechanisms of intracellular signal transduction, and will discuss the application possibilities of biochemistry and the problems in modern times.
生物の遺伝情報はゲノムDNAに保持されており、細胞分裂によって娘細胞へ、また、生殖細胞を介して子孫へと受け継がれる。本講義では、遺伝情報の伝達と発現のしくみを理解することを目的とする。
The genetic information of organisms is retained in genomic DNA, and is transferred to daughter cells by cell division and is inherited via germ cells. In this lecture, students will learn the mechanism of translation and expression of genetic information.
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.
（１） 核酸の構造
（２） DNA：複製，修復，組換え
（３） 転写とRNAプロセシング，翻訳
（４） 遺伝子発現の調節
分子生物学のうち，遺伝情報の貯蔵，伝達，発現の分子機構を論じる．
(1) Nucleic Acid Structures
(2) DNA Replication, Repair, and Recombination
(3) Transcription and Translation
(4) Eukaryotic Gene Expression