2024年度学院等開講科目生命理工学院生命理工学系

生物物理化学

開講元: 生命理工学系
担当教員: 田口英樹 / 朝倉則行
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 月5-6 (W3-301(W331)) / 木5-6 (W3-301(W331))
クラス: -
科目コード: LST.A341
単位数: 200
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 2Q
シラバス更新日: 2025年3月14日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

本講義は、物理化学第一、第二、第三で習得した内容を元に、さまざまな生命現象の背後にどのような物理化学が潜んでいるのかについて具体的に学ぶことで、生命の本質を物理化学の言葉で理解することを目的とする。特に、タンパク質をはじめとする生体分子の物理化学、さらには、生物のエネルギー生産に関わる反応である代謝および光合成を熱力学と量子化学を利用して理解する力を養う。また、分子動態の基本となる、運動とエネルギー、光と電子の基本法則・原理を学ぶ。これにより、広く生命理工学の発展に向けた基礎が身に付き、科学技術応用の基盤とする。本講義は、物理化学第一、第二、第三の履修を前提とする。

到達目標

１）生命現象の背後に物理化学がどのように潜んでいるかを理解できる。
２）多数の分子の振る舞いを記述するための統計熱力学の基礎を理解できる。
３）生命の機能分子であるタンパク質の安定性、物性、構造形成、相互作用、運動を理解できる。
４）生体内の反応のエネルギーを議論できる。
５）生体内の電子移動反応を説明できる。
６）光合成における光化学過程を説明できる。

キーワード

タンパク質、タンパク質の安定性、タンパク質の立体構造形成、タンパク質間相互作用、統計熱力学、熱力学、化学、代謝、光合成

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

講義を中心に進める。講義内容の理解度を確認するために演習を適宜行う。講義中に紹介した参考資料等を利用して、各回の復習を行い、理解を深める。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	イントロダクション：物理化学から見た生命科学	生命科学における物理化学の考え方の重要性が説明できる
第2回	統計熱力学の基礎１（ボルツマン分布、分配関数）	統計熱力学の基礎（ボルツマン分布、分配関数）について理解できる。
第3回	統計熱力学の基礎２（平衡定数の分子論的理解）	統計熱力学の基礎（平衡定数の分子論的理解）について理解できる。
第4回	タンパク質の立体構造形成	タンパク質の立体構造形成（フォールディング）とタンパク質の機能の関係について説明できる
第5回	タンパク質の安定性	タンパク質の安定性を物理化学で記述できる
第6回	タンパク質間相互作用	タンパク質とタンパク質の間の相互作用の様式を記述し、その生理学的な意味を説明できる
第7回	前半のとりまとめ	生命科学における物理化学の考え方の重要性、統計熱力学の基礎、具体例が説明できる
第8回	熱力学・平衡論から眺めた代謝	代謝における平衡熱力学の説明
第9回	電子移動理論	フランクコンドン原理とマーカス理論の説明
第10回	タンパク質の電子移動反応の速度論	電子移動速度と再配向エネルギーの説明
第11回	タンパク質電子移動の活性化エネルギー	活性化エネルギーと再配向エネルギーの関係
第12回	タンパク質の光化学とエネルギー	光化学反応の量子力学的取扱いの説明
第13回	光合成における光励起分子の反応１	量子論と電子移動論に基づいた光合成反応の理解
第14回	光合成における光励起分子の反応２	光合成における光化学過程の光励起電子移動と光励起エネルギー移動の理解

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

資料を適宜配布、もしくはT2SCHOLAにアップロードする

参考書、講義資料等

アトキンス生命科学のための物理化学

成績評価の方法及び基準

中間テストおよび期末テストを行い、基本的な事項に関する問い、本質的な理解を問う記述問題、定量的な理解を問う計算問題などにより評価する。

履修の条件・注意事項

物理化学第一、第二、第三を履修していることが望ましい

連絡先 (メール、電話番号) ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。

田口英樹（taguchi[at]bio.titech.ac.jp, 045-924-5785）
朝倉則行（asakura.n.aa[at]m.titech.ac.jp・03-5734-3469）

オフィスアワー

メールで事前に予約することが望ましい。