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

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。

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。

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

ほか

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