2021年度 生体分子計測   Biomolecular Analysis

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開講元
生命理工学コース
担当教員名
長田 俊哉  藤井 正明  石井 佳誉  岡田 智  近藤 徹 
授業形態
講義    (ZOOM)
曜日・時限(講義室)
月3-4  木3-4  
クラス
-
科目コード
LST.A501
単位数
2
開講年度
2021年度
開講クォーター
1Q
シラバス更新日
2021年3月19日
講義資料更新日
-
使用言語
英語
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講義の概要とねらい

Schrödinger方程式の解である分子の状態とその状態に固有のエネルギーの説明をする。分子の電子状態と振動状態を波動関数を用いて記述し、状態間遷移の確率を式で表現する。光子の吸収、放出を伴う遷移の具体的な取り扱いを可視紫外、赤外、ラマン効果といった測定手法と対応づけて解説する(藤井)。原子間力顕微鏡は液中での観察が可能なことから生体分子への応用が期待されている。探針が試料表面に直接接触することから生体分子の観察だけでなく、分子間相互作用を調べたり、1分子操作などが可能である。この顕微鏡の原理や測定法について概説する(長田)。生体分子やタンパク質の構造ダイナミクスと機能の関係を分光学的に解析できる1分子分光法の原理や測定手法を解説し、実際の応用例について紹介する(近藤)。NMRに基づくイメージング法であるMRIの原理と生体分子イメージングへの応用について概説する(岡田)。NMR分光法の理論と応用についても概説する。また、測定方法と生体分子の応用例を概説する(石井)。

到達目標

分光計測に可視紫外、赤外、ラマンなどの基礎となる量子化学理論と測定の実例、またそれらの代表的かつ現代的な分光法の原理と応用を理解できるようにする。(藤井)生体分子を原子間力顕微鏡と分光法を用いて計測する方法の原理、応用について解説し、物理学の理解を深めることを念頭にして講義をする。原子間力顕微鏡は探針を使って分子の形状や分子間の相互作用を調べることができる走査型のプローブ顕微鏡であり、これを使った生体分子の測定法を理解できるようにする(長田)。光学顕微技術と分光技術を組み合わせた生体分子計測法の原理を理解するとともに、生体分子における構造揺らぎなどのダイナミクス特性の解析法を学ぶ(近藤)。MRIの原理を学び、NMRや他のイメージング技術との違いを理解する。また、MRI造影剤や次世代型撮像法を用いた分子イメージングを理解する(岡田)。NMR分光法の古典理論を学ぶ。Bloch equationに基づいて核スピンの磁化の振る舞いを説明し、1次元NMRを理解する。多次元NMRを用いた、生体分子等への応用を理解する。量子論を用いたNMRについての分光法の理論の概略を理解する(石井)。

キーワード

AFM, 基準振動, 分子振動, 赤外線吸収とラマン効果, レーザー分光, 質量分析, NMR, MRI, 1分子分光, 顕微分光

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

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

講義の最初に、前回の授業の復習をする。講義の後半で,その日の教授内容に関する演習問題を行う場合がある。各回の学習目標をよく読み,課題を予習・復習で行って下さい。
授業は英語で行いますが、必要な場合には日本語で補足説明をします。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 振動遷移と分光学 (1)分子振動の量子力学的記述 分子振動の理解
第2回 振動遷移と分光学 (2)基準振動 基準振動による分子振動の理解
第3回 振動遷移と分光学 (3)赤外線吸収とラマン効果 赤外吸収とラマン散乱の原理の理解
第4回 原子間力顕微鏡 (1)概論 原子間力顕微鏡の原理
第5回 原子間力顕微鏡 (2)イメージング 原子間力顕微鏡のイメージング
第6回 原子間力顕微鏡 (3)一分子原子間力顕微鏡 一細胞原子間力顕微鏡 原子間力顕微鏡による一分子解析 原子間力顕微鏡による一細胞解析
第7回 1分子分光法 (1)1分子レベルの顕微分光法 1分子レベルの顕微分光法の理解
第8回 1分子分光法 (2)揺らぎの分光解析 揺らぎの分光計測手法と解析法の理解
第9回 1分子分光法 (3)生体系への応用 1分子分光法の生体系への応用例の理解
第10回 磁気共鳴イメージング:(1) 概論 MRIの基本原理
第11回 磁気共鳴イメージング:(2) 造影剤と生体分子イメージング MRIを用いた分子イメージング法の理解
第12回 NMR分光法 (1)概論と基礎理論 NMR分光法の基礎と応用の概要の理解
第13回 NMR分光法 (2)古典理論と1次元NMR NMR分光法の古典理論と1次元NMRの理解
第14回 NMR分光法 (3)多次元NMRと小分子、タンパク質、イメージングへの応用 多次元NMR分光法と様々な系への応用への理解

授業時間外学修(予習・復習等)

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

未定

参考書、講義資料等

必要に応じ講義開始時に資料を配付し、Power-pointを用いた解説を行う。

成績評価の基準及び方法

中間・期末試験無し。課題提出で評価、詳細は各先生から。課題は、基本的な事項、本質的な理解、定量的な理解を問う。

関連する科目

  • LST.A409 : 細胞物理生物学

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

物理化学I,II,IIIを履修していること,または同等の知識があること。

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