生物物理学―1分子の機能から細胞のシステム生物学まで [単行本]

生物物理学―1分子の機能から細胞のシステム生物学まで の 商品概要

• 要旨（「BOOK」データベースより）

  生命を理解するための基盤は、「あらゆる生命現象は物理法則に従う」という前提である。これを出発点として、文字通り物理学に根ざして生き物を理解しようという試みが、生物物理学である。本書は、京都大学での講義内容をベースとした生物物理学の入門的教科書である。生命を構成する物質の階層に応じて「状態論」「構造論」「細胞のシステム生物学」の３部構成とし、分子から細胞までのさまざまな現象を物理的・数理的にモデル化し、その振舞いを解説。全体を通じて数式を用いて丁寧な説明を行い、基礎方程式からほとんどの数式を導出できるよう工夫している。生物物理の幅広いテーマをカバーしており、生命科学・物理学・化学などを専攻する大学生～大学院生の講義用・自習用として最適の一冊。

• 目次

  　1章　生物物理学への招待
  　　1.1　生物物理学とは
  　　1.2　分子細胞生物学のいろは
  
  第Ⅰ部　状態論
  
  　2章　蛋白質の状態と遷移
  　　2.1　蛋白質の状態と遷移：2状態モデル
  　　2.2　2状態モデルの平衡論
  　　2.3　2状態モデルの速度論
  　　2.4　2状態モデルの1分子軌跡：計測、Monte Carloシミュレーション
  　　2.5　速度論のn状態への一般化とマスター方程式
  
  　3章　結合と状態変化
  　　3.1　ミオグロビンとヘモグロビン
  　　3.2　単純リガンド結合モデル
  　　3.3　結合の自由エネルギー
  　　3.4　Hillの協同結合モデル
  　　3.5　単純リガンド結合の速度論
  　　3.6　結合と構造遷移の共役モデル
  　　3.7　Monod-Wyman-Changeux (MWC)モデル
  　　3.8　Koshland-Némethy-Filmer (KNF)モデル
  　　3.9　Eigenの一般化
  　　3.10　蛋白質の線維化・細胞骨格*
  
  　4章　酵素
  　　4.1　リゾチームの機能
  　　4.2　Henri-Michaelis-Mentenの式
  　　4.3　定常状態法による速度論：Briggs-Haldane機構
  　　4.4　Briggs-Haldane機構の2つの領域と解釈
  　　4.5　Arrheniusの式
  　　4.6　酵素反応の自由エネルギー論と酵素基質相補性
  　　4.7　線形自由エネルギー関係とHammond効果
  　　4.8　様々なバリエーション
  　
  　5章　生体分子機械
  　　5.1　２つの非平衡環境
  　　5.2　トランスポーター
  　　5.3　マスター方程式と非平衡定常状態
  　　5.4　不可逆熱力学：熱力学的力と流束
  　　5.5　自由エネルギー変換効率、トレードオフと熱力学的不確定性関係
  　　5.6　分子モーター（膜エネルギー駆動）*
  　　5.7　分子モーター（化学エネルギー駆動）*
  　　5.8　生体分子機械とマクロな人工機械
  
  第Ⅱ部　構造論
  
  　6章　相互作用の物理化学
  　　6.1　原子間の相互作用
  　　6.2　水溶液中の原子間の相互作用Ⅰ：水和の非静電効果（疎水性相互作用）
  　　6.3　水溶液中の原子間の相互作用Ⅱ：水和の静電効果
  　　6.4　蛋白質の構造安定性と結合に寄与する力
  　　6.5　DNAの相互作用
  　　6.6　pH滴定、pKa、プロトン化
  　　6.7　depletion（枯渇）力
  　
  　7章　高分子・ソフトマターの物理学
  　　7.1　理想鎖
  　　7.2　コイルとグロビュール
  　　7.3　高分子溶融体
  　　7.4　相分離：水と油
  　　7.5　相分離：高分子と水（Flory-Huggins理論)
  　　
  　8章　蛋白質・DNAのフォールディングと物性
  　　8.1　Anfinsenの熱力学原理、Levinthalのパラドックス、郷の整合性原理
  　　8.2　小型蛋白質の実験
  　　8.3　Wolynesのエネルギー地形理論
  　　8.4　相転移アナロジー
  　　8.5　細胞内でのフォールディング
  　　8.6　DNAの構造と物性
  　　8.7　DNAのねじれと超らせん
  　　8.8　ゲノムDNAフォールディング
  
  　9章　拡散、Brown運動と化学反応速度論
  　　9.1　細胞内の分子拡散
  　　9.2　拡散とBrown運動
  　　9.3　リガンドの結合サイト探索：拡散律速反応
  　　9.4　転写因子のDNA配列探索：促進拡散
  　　9.5　Langevin方程式とFokker-Planck方程式
  　　9.6　Kramersの化学反応速度論
  　
  第Ⅲ部　細胞のシステム生物学
  
  　10章　遺伝子発現とその制御
  　　10.1　遺伝子発現の制御と転写ネットワーク
  　　10.2　遺伝子発現のミニマルモデル
  　　10.3　反応方程式と熱力学モデル
  　　10.4　負の自己制御
  　　10.5　feed-forward Loop
  　　10.6　多出力feed-forward loop：遺伝子発現順序の制御
  　　10.7　発生の転写ネットワーク：正の相互フィードバック
  　　10.8　遺伝子発現ゆらぎと化学マスター方程式*
  
  　11章　生体リズム
  　　11.1　細胞周期
  　　11.2　2サイクリンモデル
  　　11.3　相平面解析と定常点の安定性
  　　11.4　Hopf分岐と極限サイクル
  　　11.5　2サイクリンモデルの解析
  　　11.6　細胞周期制御系のネットワーク
  　　11.7　概日リズム、時間遅れの負のフィードバック
  　　11.8　システム特性の整理
  
  　12章　電気生理学入門
  　　12.1　ニューロンの電気生理学
  　　12.2　静止膜電位
  　　12.3　膜電位ダイナミクス
  　　12.4　膜電位依存性イオンチャネルの開閉ダイナミクス
  　　12.5　膜電位とイオンチャネル開閉の共役ダイナミクス
  　　12.6　筋線維のMorris-Lecarモデル
  　　12.7　ニューロンのHodgkin-Huxleyモデルと活動電位
  
  　13章　シグナル伝達
  　　13.1　シグナル伝達経路
  　　13.2　受容体のシグナル検知
  　　13.3　リン酸化経路のGoldbeter-Koshland超感応性
  　　13.4　リン酸化経路：MAPキナーゼのカスケード
  　　13.5　Ca2+シグナリングの細胞全体モデリング
  
  　14章　代謝
  　　14.1　代謝ネットワーク
  　　14.2　分岐のない代謝経路
  　　14.3　分岐のある代謝経路のモデル
  　　14.4　流束均衡と化学量論行列
  　　14.5　制限付き最適化と線形計画法
  　　14.6　大腸菌糖分解代謝経路の解析
  　　14.7　細胞全体の代謝と自己複製：細菌の増殖則
  　　14.8　細胞全体の代謝と自己複製：ミニマルモデル
  　
  補遺
  　15章　熱・統計力学
  　　15.1　熱力学
  　　15.2　平衡統計力学
  　
  あとがき
  参考文献
  索引

• 出版社からのコメント

  京都大学での講義をもとにした入門的教科書。分子から細胞までの様々な現象を物理的・数理的にモデル化し、その振舞いを解説。

• 内容紹介

  　生命を理解するための基盤は、「あらゆる生命現象は物理法則に従う」という前提である。これを出発点として、文字どおり物理学に根ざして生き物を理解しようという試みが、生物物理学である。
  　本書は、京都大学での講義内容をベースに、それを発展させた内容を一部加えた、生物物理学の入門的教科書である。分子から細胞までのさまざまな現象を物理的・数理的にモデル化し、その振舞いを解説している。全体を通じて数式を用いた丁寧な説明を行い、基礎方程式からほとんどの数式を導出できるよう工夫している。
  　生命を構成する物質には、ミクロからマクロまで階層構造が存在する。本書はその階層に応じて、「第Ⅰ部　状態論」「第Ⅱ部　構造論」「第Ⅲ部　細胞のシステム生物学」のⅢ部構成となっている。第Ⅰ部は中間の階層にあたり、生体分子を少数の状態で記述し、状態間の遷移を簡単に計算することで、生体分子の構造・機能を理論的に取り扱う。2章の蛋白質の2状態モデルから始めて5章の生体分子機械論までの流れは本書の中心をなす部分である。第Ⅱ部は、よりミクロな分子構造の階層を扱う。関連する物理学・化学の解説から、生体分子の構造や動態を、かなり物理学的に記述しており、生体分子の世界に興味のある物理・化学を志向した読者に向けたものである。原子・分子間の相互作用、生体分子のフォールディング、拡散や化学反応論の物理・化学を学ぶ。第Ⅲ部は細胞スケールの、いわゆるシステム生物学を扱う。遺伝子発現制御の理論から電気生理学、シグナル伝達、代謝まで、内容は多岐にわたる。
  　予備知識として、高校レベルの生物学をウェブサポートページに、必要となる物理学を巻末補遺にまとめている。また読者への特典として、書籍内の問題の解答、数値解析のためのPythonプログラムをウェブサポートページにて提供する。
  　長年の講義をもとにまとめられた本書は、生物物理の幅広いテーマをカバーしており、生命科学・物理学・化学などを専攻する大学生～大学院生の講義用・自習用として最適の一冊である。

• 著者紹介（「BOOK著者紹介情報」より）（本データはこの書籍が刊行された当時に掲載されていたものです）

  高田 彰二(タカダ ショウジ)
  １９６５年生まれ。京都大学理学部卒、同大学院理学研究科化学専攻修士修了、岡崎国立共同研究機構技官（分子科学研究所）、日本学術振興会海外特別研究員（イリノイ大学化学科）、神戸大学理学部化学科講師・助教授を経て、２００７年より京都大学理学研究科生物科学専攻生物物理学教室准教授、２０１３年より同教授。２０１７年より２０１９年まで日本生物物理学会副会長。総合研究大学院大学博士（理学）。専門は理論生物物理学

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