生物物理学

Biophysics

9964513

64BIBPH301

政池　知子

Tomoko Masaike

2026年度前期

2026年度

①First semester

金曜2限

2nd period on Fridays

創域理工学部　生命生物科学科

Department of Applied Biological Science, Faculty of Science and Technology

2.00単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

生物物理学的概念を理解し、生物を定量的に理解する

物理学的な法則や手法により生命現象を解明する方法を習得する

生物物理学的手法と理論を応用レベルで理解し、卒業研究に役立てることができるようになる。

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

選択科目　「ナノバイオサイエンス」の授業において応用される基礎的な内容を含むので、受講しておくことが好ましい。

課題に対する作文　Essay／実習　Practical learning

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準備はとくに必要ないが、タイトルに「生物物理学」が含まれる教科書や参考書、日本、米国の生物物理学会のホームページを見てこの分野の研究に触れておくことをおすすめする。復習については、板書やpowerpointで表示したものを書きとった自分のノートや配布されたプリントを読み返し、内容をよく理解しておくようにする。とくに例として挙げた計算について重点的に復習しておくこと。

中間・期末試験、グループディスカッション、論文紹介などを総合して評価する。

・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

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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。
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

Quantitative Understanding of Biosystems, An Introduction to Biophysics Nordlund著 CRC press
化学・生命科学系のための物理化学　Raymond Chang著, 東京化学同人
細胞の物理生物学 Phillips, Kondev, Theriot著, 共立出版

基本的には、すべての授業を対面で実施する。

１．生物物理学の手法と考え方
物理学的実験と解析法を用いて生命現象を定量的に理解する考え方について概説する。

２．生体内の水や低分子
水分子や低分子量の分子の物理学的性質、　粘性, 表面張力, 溶媒としての性質, タンパク質に結合した水分子の性質

３．生体高分子および生体超分子の構造と性質
生体内に存在するDNAやタンパク質などの高分子や超分子の例について、構造と物理学的性質を理解する

４． ATP加水分解による自由エネルギーの利用と熱力学
Gibbsの自由エネルギー計算から、生物はATP加水分解の自由エネルギーをどのように利用しているのかを理解する。

５．ATP加水分解蛋白質の作動機構 (1) モータータンパク質
モータータンパク質が触媒するATP加水分解によるタンパク質の構造変化と酵素機能発現について理解する。

６．ATP加水分解蛋白質の作動機構 (2) その他のタンパク質
モータータンパク質以外のATP加水分解蛋白質の作動機構について理解する。　（例：プロテアーゼ, シャペロン, 膜輸送体　その他）

７．膜蛋白質の作動機構
膜蛋白質の理解のために、可溶性タンパク質との違いや脂質の物理学的性質を理解する。また、チャネル, ポンプによるイオン輸送機構の理論を理解する。電気測定や膜電位についても触れる。

※　授業の進捗によって、7回目か8回目に中間試験を行うか、中間課題を出す可能性があります。

８．細胞とオルガネラ
バクテリアや細胞、オルガネラ単位の動きや力を測定するための理論について理解する。

９．光と生物
蛍光・発光タンパク質のイメージングと画像解析の実際、１分子蛍光やビーズをプローブとした光学顕微鏡による生物物理学実験、その他の分光法と背景理論ついて学ぶ。また、オプトジェネティックスや光応答性タンパクについても理解する。X線を用いた結晶構造解析についても理解する。

１０．分子シミュレーションと分子デザイン
分子力学と分子動力学を用いたタンパク質のシミュレーションの基礎と応用について理解する。また、計算機を利用したタンパク質デザインや構造予測について理解する。

１１．ランダムウォークと拡散
生物におけるブラウン運動の理論を理解する。

１２．　１分子から数分子のナノバイオサイエンス
化学反応速度論をふまえた上で、１分子の挙動と多分子の活性を繋ぐための理論を理解する。例としてリニアモータータンパク質や回転モーター蛋白質を挙げる。また、少数分子が関与する反応の特徴を理解する。関連して、MEMS技術による研究の進展を紹介する。

１３．　履修者による研究論文紹介と、履修者・教員によるディスカッション(1)
生物物理学に関連する最先端の論文を読み、論文紹介を行う。それについて、教員と履修者が質問をしてディスカッションを行う。

１４．　履修者による研究論文紹介と、履修者・教員によるディスカッション(2)
内容は１３と同じ。

１５．　到達度評価と総括

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