先端物理化学特論Ｂ

Advanced Physical Chemistry B

997B304

72CHPHC602

湯浅　真

Makoto Yuasa

2023年度後期

2023 Second Semester

水曜2限

Wednesday, 2nd Period

創域理工学研究科　先端化学専攻

Department of Pure and Applied Chemistry, Graduate School of Science and Technology

2.0単位

講義

Lecture

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対面授業

本専攻のディプロマ・ポリシーに定める「各専門分野に応じた高度な専門知識」を身につけるための科目です。先端物理化学特論Ｂでは、生体内に関連する化学熱力学、化学平衡論、反応速度論、電気化学、コロイド・界面化学等の物理化学的な事項（生物物理化学）について、金属タンパク質系、金属酵素系等を例に勉強する。さらに、これらの系に基づいた機能発現による模倣化学（生体模倣化学）、バイオインスパイア—ド材料に関する化学（先端材料化学）等について学習する。これらより、生物物理化学およびこの関連分野について会得する。

The objectives of the course are to acquire the high-level expert knowledge in each specialized field within the Department of Pure and Applied Chemistry, stipulated by the diploma policy of the Department. In this lecture, students learn physical chemistry (biophysical chemistry) such as chemical thermodynamics, chemical equilibrium, reaction kinetics, electrical chemistry, and colloid and interface chemistry relating to in vivo processes, with examples based on metalloproteins and metalloenzymes. Furthermore, students learn biomimetic chemistry based on functional expressions and bioinspired material chemistry through these systems. Students gain an understanding of biophysical chemistry and related fields through these studies.

金属タンパク質系、金属酵素系等を例に、生物物理化学および生体模倣化学・先端材料化学等の関連分野を理解する。
さらに、本専攻が定めるポリシーにおける精深な学識・広い視野等を修めることのできる教育、研究者・技術者として自立できる人材の育成等のため、各専門分野につながる基礎化学の教育のための専門基礎領域の必修科目の一つでもある。

Students will understand fields related to biophysical chemistry, biomimetic chemistry, advanced materials chemistry, and other similar topics (e.g., metalloproteins and metalloenzymes). Furthermore to be able to master deep and minute academic learning and gain a broad perspective, which is a requisite set forth in this course of study, in preparation for careers as independent educators, researchers, and technicians, this is one of the required classes in the area of fundamentals of expertise in which students can learn the basic chemistry relevant to each area of specialization.

本専攻が定めるポリシーの専門教育、人材育成等に向けて、生体内に関連する化学熱力学、化学平衡論、反応速度論、電気化学、コロイド・界面化学等と言った生物物理化学、これらの関連分野である金属タンパク質系、金属酵素系等の特性・機能を模倣した生体模倣化学やこれらの系に基づいた機能発現によるバイオインスパイア—ド材料化学等について理解できることが目標である。

In providing an expert education and the development of human resources, which is a requisite set forth for this course of study, the goal for students is to understand biophysical chemistry in the areas of chemical thermodynamics, theory of chemical equilibrium, theory of reaction rates, electrochemistry, and colloid/surface chemistry, relevant to the area of biology, as well as the related fields of biomimetic chemistry, which mimics the characteristics and functions of metalloproteins and metalloenzymes, and bioinpired material chemistry, which results from the application of such systems.

既習得科目：大学における物理化学、無機化学、有機化学、機器分析化学、錯体化学、高分子化学、生化学 等の基礎的な化学。

Prerequisite courses: Basic chemistry at the undergraduate level including physical chemistry, inorganic chemistry, organic chemistry, instrumental chemistry, coordination chemistry, polymer chemistry, and biochemistry.

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（準備学習）各回の授業前に「１時間程度」、教科書の対応する部分を読み、理解を深めておくこと。
（復習）各回の講義内容を「３時間程度」復習する。具体的には、教科書、板書したこと、レポート(小テスト)等をまとめ、自分なりのオリジナルノートを作成すること。
具体的な事項については、授業の中で指示する。

(Preparatory study) Before each class session, students must read and deepen their understanding of the relevant portions of printouts distributed ahead of time for about one hour.
(Review) Students must review the content of each lecture for about three hours. Specifically, students should create their own style of original notes that combine the printouts, blackboard notes, and reports (small tests). Preparatory schoolwork and review will be designated during class.

レポート １００％
【フィードバックの方法】
レポート等の質問、解説等は、その後の授業内・授業後、オフィスアワー内での研究室等において対応する。

Reports and small tests: 100%.
【Feedback】
Questions and comments on the reports and small tests will be handled during the following class, as well as after class during the instructor’s office hours.

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

Y

金属ポルフィリン錯体を用いたバイオインスパイア—ド材料・湯浅　真・コロナ社・2022・ISBN 978-4-339-06663-0

Bio-inspired Material Using Porphyrin Complexes・Makoto Yuasa・Corona Publishing Co., Ltd・2022・ISBN 978-4-339-06663-0

教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

先端物理化学特論Ｂの講義主旨，授業内容等を学習する。

1. 金属生体分子の機能
　1.1　金属生体分子とは
   1.2　金属生体分子の機能
　　1.2.1　物質輸送
　　1.2.2　物質貯蔵
　　1.2.3　物質認識
　　1.2.4　物質変換
　　1.2.5　バイオミメティクスケミストリーからバイオインスパイアード材料へ

2. 金属生体分子の模倣とその作動安定性
　2.1　金属生体分子の模倣とは
　2.2　非大環状金属錯体系
　2.3　大環状金属錯体系
　2.4　高分子金属錯体系
　2.5　金属ポルフィリン錯体系の基礎

3. 金属ポルフィリン錯体による酸素分子の運搬・貯蔵　−酸素分子の結合・解離平衡反応−
　3.1　ヘモグロビン・ミオグロビンによる酸素分子の運搬・貯蔵
　3.2　金属ポルフィリン錯体による酸素分子の運搬・貯蔵
　　3.2.1　酸素分子の運搬・貯蔵とその代替物
　　3.2.2　酸素分子の運搬・貯蔵の代替技術

4.　金属ポルフィリン錯体による酸素分子の還元　−酸素分子の還元反応−
　4.1　呼吸と呼吸鎖電子伝達系
　4.2　シトクロムc酸化酵素の機能
　4.3　シトクロムc酸化酵素のモデル系と燃料電池電極触媒としての利用（焼結系）

5. 金属ポルフィリン錯体による活性酸素の検出　−活性酸素(スーパーオキシドアニオンラジカル(O₂^−・))の酸化反応あるいは検出反応−
　5.1　生体における活性酸素
　5.2　金属ポルフィリン錯体-配位子系による活性酸素計測：活性酸素センサー

6. 金属ポルフィリン錯体による活性酸素の利用　−活性酸素の添加触媒反応−
　6.1　抗酸化型抗がん剤とは
　6.2　現在使用されている抗がん剤
　6.3　SODバイオインスパイア—ド材料とその分子設計：新規抗酸化型抗がん剤

Introduction:  Students will have an overview of the lectures in Advanced Physical Chemistry Course B and the material covered in the course.

1. Function of metallobiomolecules
1.1 What is metallobiomolecules?
1.2 Function of metallobiomolecules
1.2.1 Material transport
1.2.2 Material storage
1.2.3 Material recognition
1.2.4 Material conversion
1.2.5 From biomimetic chemistry to bio bioinspired materials

2. Mimetics of metallobiomolecules and their operation stability
2.1 What is mimetics of metallobiomolecules?
2.2 Non-macrocyclic metal complex system
2.3 Macrocyclic metal complex system
2.4 Macromolecular metal complex system
2.5 Metalloporphyrin systems in illustration of metallobiomolecules

3. Transport and storage of molecular oxygen according to metalloporphyrins complex: Binding and -dissociating equilibrium reaction of molecular oxygen
3.1 Transport and storage of molecular oxygen by hemoglobin and myoglobin
3.2 Transport and storage of molecular oxygen by metalloporphyrin complexes
3.2.1 Transport and storage of molecular oxygen and these alternatives

3.2.2 Alternative technologies of transport and storage of molecular oxygen

4. Reduction of molecular oxygen by metalloporphyrin complex: Reduction of molecular oxygen
4.1 Respiration and respiratory chain electronic transmission system
4.2 Function of cytochrome c oxidase
4.3 Model system of cytochrome c oxidase and utilization as electrode catalyst of fuel cell (sintering system)

5. Detection of reactive oxygen species: oxidation reaction of superoxide anion radical (O₂^‐・)
5.1 Reactive oxygen species in biological tissue
5.2 Superoxide dismutase and reactive oxygen species
5.3 Measurement of reactive oxygen species by metalloporphyrin complex-ligand system: Superoxide anion radical (O₂^‐・) sensor

6. Utilization of superoxide anion radical (O2‐・) by metalloporphyrin complex: Catalytic reaction by superoxide anion radical (O₂^‐・)
6.1 What are oxidative anticancer drugs?

6.2 Anticancer drugs currently in use

6.3 SOD bio-Inspired materials and their molecular design: Novel antioxidant anticancer drug

本授業は、開講当初より講義している。また、授業担当者の専門分野（研究分野）の授業であり、基礎から応用に渡って講義している。

This class has been lectured since its inception. In addition, it is a class in the specialized field (research field) of the person in charge of the class, and lectures are given from the basics to the application.

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授業は聴講するのが当たり前であり、授業を聴講しないでレポートのみを提出した場合は、本授業の単位は得られません。