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生命情報の流れのセントラルドグマ（DNA→RNA→タンパク質）に沿って、配列情報であるゲノム情報から実際の機能の担い手であるタンパク質へと、生命情報がデジタル（文字列情報）からアナログ（タンパク質立体構造情報）へと伝わっていく過程について順を追って解説して行く。遺伝子レベルでは、遺伝子構造とプロモーター解析を通じて文字列情報の解析手法について解説し、RNA レベルでは遺伝子の発現量情報解析を通じて数値データの解析を説明する。また、タンパク質レベルでは機能発現に重要な立体構造データ（３次元構造データ）の扱いについて解説する。アルゴリズムそのものよりは、生命情報の理解と言う応用面において情報科学が果たす役割に重点を置いて解説する。
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
工学的応用に必要な生命科学の基礎的な概念を学び、工学への応用を自ら考えることが出来るようになる。
2. 概要
生命科学領域で最も進歩の著しい分子生物学、生化学、ゲノム科学、および医学生理学の基礎概念を解説し、工学応用へ橋渡しを行う。
3. 達成目標等
分子生物学・医学生理学の基礎的な概念や言葉を理解し、身近な生命科学問題に関して自らの考えを持ち、工学応用について論じることができるようになる。
本講義ではGoogleClassroomを利用する
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)
1. Objects
Learn basic concepts of biological systems and consider some applications of biology to engineering.
2. Abstract
The lectures will introduce some basics of modern molecular biology, biochemistry, genome science, and medical physiology, and connect it with some engineering applications.
3. Goal
Students are expected to understand the basic concepts and terminology of molecular biology and medical sciences, think by themselves, and discuss about some applications in the fields of engineerings.
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
生体において行われている高機能な作用の中で、特にDNAに保持されている遺伝情報の“発現”や“変換”の分子機構について学ぶ。
２. 概要
核酸分子の化学構造の知識を基にして、遺伝子DNAからRNAへ、RNAからタンパク質への遺伝情報の変換のメカニズムと生体機能を遺伝子レベルで解析し利用をはかるための「遺伝子工学」の基礎知識を学ぶ。
３. 達成目標等
この授業では、主に以下のような能力を修得することを目標とする。
・核酸分子の化学構造を理解し、DNAの塩基配列を解析することができる。
・遺伝情報の変換と制御を理解し、説明することができる。
・遺伝子工学の原理を理解し、その利用を説明することができる。
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)
We learn “Central dogma”. Central dogma explain the gene information flow in a biological systems. The information flow from gene sequence to amino acid sequence, the polypeptide with which forms an appropriate folded structure with function, is learned based on chemical structure.
あらゆる生命現象は、階層的な生体構造中においてタンパク質、DNA、RNA、脂質、糖などの様々な生体分子が動的に相互作用することで発現しています。生命現象を分子レベルで理解するために、構造生物学による生体高分子の構造情報、生化学や生物物理学的手法による機能およびダイナミクス解析、次世代シークエンス技術とバイオインフォーマティクスによる遺伝情報解析、先端的なイメージング手法によるin vivo観察などが複合的に使われます。本授業では現代の生命科学を推進する重要な研究手法の基礎と具体的な研究例を学びます。
Various biological phenomena are expressed as the results of dynamic interactions of biomolecules such as proteins, DNA, RNA, lipids and sugars in multilevel structures of living systems. To understand these phenomena at the molecular level, various technologies and methodologies are used including the structural analyses of biopolymers, the biochemical and biophysical analyses of protein functions and dynamics, the genetic information analyses using bioinformatics and next generation sequencing, and the in vivo observations based on the advanced imaging techniques. In this seminar, students study basics and applications of the important research methods that propel the current molecular life sciences.
微生物から植物、動物に至る多種多様な生物でゲノム塩基配列が解読され、得られた塩基配列とアミノ酸配列の情報は広く一般に利用できるようにウェブサイト上で公開されている。新しいバイオテクノロジー産業を創出するうえで、これらの配列情報を有効に活用できることが極めて重要である。この講義では、配列情報を解析するための計算機プログラムの原理と限界についての基礎的な概念を説明し、実際の計算機プログラム（ウェブで提供されているサービスも含む）を用いた配列情報の解析、タンパク質構造の解析および次世代シークエンサ―により得られる膨大なデータの解析についの実用性について解説する。
The purpose of this course is to understand fundamental principles and limitations of how computer programs analyze biological sequences and also to learn how practically actual computer programs, including services provided by Web, can analyze sequence data, protein structure, and a huge data obtained from a next generation sequence.
生命現象を分子レベルで捉え、薬物の作用を生化学的に理解するための方法論を学ぶことを目的とし、生体試料、細胞及び微生物の取り扱い方法、ならびに生化学的、分子生物学的基本操作を修得する。
具体的には、臓器・組織の構造の観察、タンパク質・酵素活性の測定、細胞・組織を用いた生理機能の生化学的解析、遺伝子発現の解析、微生物の分離や形質発現の観察、DNAの増幅や制限酵素地図作成など分子生物学的な基本操作について学ぶ。
This course aims to improve students’ ability to handle biological materials including tissues, cells, and bacteria, in biochemical and molecular biological methods, to learn methodologies for analyzing physiology and pharmacology of organisms: i.e. students learn how to analyze structure of organs and tissues, how to measure enzymatic activities, and gene expression, and methods for protein purification, bacterial isolation, DNA amplification, and restriction enzyme mapping.
近年、分子レベルにおける生命科学の解明がすすみ、様々な化学反応が生命を維持するのに働くことが詳細にわかってきた。これらの化学反応の多くは非常に微小な変化であるが、遺伝子発現や様々なタンパク質間相互作用の制御に重要な働きを持つ。本特別講義では「生命科学における化学反応」に焦点を絞り、生体成分である核酸、蛋白の相互作用や機能を分子レベルで理解することを目的とする。特に、水素結合や疎水相互作用など、弱い相互作用の特徴とその共同効果ならびにエントロピーとエンタルピーの補償則についても詳細に説明する。
In recent years, the understanding of life science at the molecular level has advanced and it has become clear in detail that various chemical reactions work to maintain life. Although many of these chemical reactions only induce changes at the molecular level, they play an important role in controlling gene expression and various protein-protein interactions. In this special lecture, we will focus on "Chemical Reactions in Life Science" and aim to understand the interaction and function of biological components such as nucleic acids and proteins at the molecular level. In particular, the properties and synergetic effects of weak interactions, such as hydrogen bonding and hydrophobic interactions, will be explained in detail. The rules of entropy and enthalpy compensation are also described.