生命科学

序　説

１章　生物の多様性と一様性

生物の多様性と一様性

生物とは

1. 生物と細胞
2. 自己の複製
3. 刺激への応答
4. エネルギー通貨ATP

生物の系統

1. 系統樹での分類
2. 細胞内小器官での分類
3. 生体物質の大きさ

生体を構成する物質

1. タンパク質
2. 脂質
3. 糖
4. 無機塩類

【コラム】

• ウイルスとプリオン
• アミノ酸の話

第１部　細胞と遺伝情報の関係

２章　遺伝情報の複製

細胞増殖とDNA複製

1. 細胞増殖は細胞の最も基本的な機能
2. DNA複製の特殊性

DNAとはどのような分子か

1. 単位としての核酸
2. 高分子核酸
3. DNAは二本鎖である
4. RNAは一本鎖である
5. 原核生物は環状，真核生物は直鎖状の二本鎖DNAをもつ

遺伝子とDNA

1. 遺伝子の定義
2. ゲノム
3. 生物のDNA量
4. 生物の遺伝子数
5. 真核生物は遺伝子でないDNA領域をたくさんもっている

DNAの複製

1. DNA複製のアウトライン
2. 複製には鋳型を必要とする
3. 複製は不連続である
4. 複製開始点と複製終了点がある

【コラム】

• DNAの変性・再生
• DNAは細くて長い糸である
• DNAの損傷と修復
• 複製の正確さ
• 複製にかかわる酵素はたくさんある
• PCR（polymerase chain reaction）

３章　遺伝子の発現

遺伝子の転写と翻訳

1. セントラルドグマ
2. 遺伝子の暗号
3. DNAのセンス鎖
4. 遺伝子の発現

遺伝子の転写

1. RNAの種類
2. 転写の特徴
3. 転写の基本

転写後の修飾

1. RNAの切断
2. 塩基の修飾
3. 真核生物のmRNAプロセシング

遺伝子の翻訳

1. アミノアシルtRNAの合成
2. リボソーム
3. mRNAの構造
4. タンパク質合成
5. 転写と翻訳の協調

【コラム】

• 真核生物にはもっと多くの非翻訳RNAがあるのかもしれない
• RNA複製と逆転写
• 大腸菌リボソームの構造
• 翻訳の開始
• ペプチド鎖の延長
• 翻訳の終了
• 21番目のアミノ酸

４章　遺伝子発現の調節

発現からみた遺伝子の種類

1. すべての生物でハウスキーピング遺伝子が働く
2. 多細胞生物ではさらに多くの遺伝子が働く
3. 一人のヒトの体細胞は同じ遺伝子をもっている
4. 発現が調節される遺伝子と調節されない遺伝子

原核生物の遺伝子発現調節

1. 大腸菌のβガラクトシダーゼ遺伝子は正と負に調節される

真核生物細胞の遺伝子発現調節

1. 転写調節と転写後調節
2. 真核生物はより複雑な転写調節機構をもつ
3. クロマチンリモデリングによる調節
4. クロマチン構造と遺伝子発現調節

【コラム】

• リンパ球だけは遺伝子が異なる
• 複数の遺伝子を同時に発現調節するしくみ
• オペロンとレギュロン
• miRNAによる遺伝子発現調節
• 非翻訳RNAの多くはmiRNAかもしれない
• 遺伝学と逆遺伝学
• ヘテロクロマチンとユークロマチン
• DNAのメチル化，発生，体細胞クローン動物
• ゲノム，トランスクリプトーム，プロテオーム

第２部　個々の細胞を機能させる原理

５章　細胞の膜構造と細胞内小器官

細胞の膜構造

1. 原核細胞と真核細胞
2. 真核細胞の細胞内小器官

生体膜の脂質と膜タンパク質

1. 脂質二重層の性質
2. 膜タンパク質

生体膜の機能

1. バリアー機能と物質の選択的な輸送
2. 膜電位
3. 受容体による情報の伝達
4. 細胞膜を介しての細胞骨格と細胞外基質との結合

細胞内小器官の形成と物質輸送

1. 細胞内小器官へのタンパク質の選別輸送
2. 核への物質輸送と核からの物質輸送
3. ミトコンドリアや葉緑体へのタンパク質輸送
4. 小胞体へのタンパク質輸送
5. 小胞輸送
6. 細胞外の物質の取り込み経路

【コラム】

• 細胞膜のコレステロール
• 膜を貫通する構造をもたなくても膜に結合するタンパク質
• 細胞膜電位を計算するネルンストの式
• 神経の興奮と伝達
• 核膜孔輸送にはGタンパク質が働く
• 細胞内小器官の起源に関する推論

６章　細胞骨格

細胞骨格の種類とその分子構造

1. アクチン繊維
2. 微小管
3. 中間径繊維

細胞骨格の動的な変化

モータータンパク質

1. キネシン
2. ダイニン
3. ミオシン

筋細胞の収縮

細胞内の物質輸送

【コラム】

• トレッドミリング
• 鞭毛の構造と運動のしくみ

７章　代　謝

細胞活動と熱力学：代謝の意義

自由エネルギー変化と生体エネルギー通貨としてのATP

酵素

1. 酵素の特異性と反応機構
2. 酵素反応速度論
3. 酵素の分類

基本的な代謝の流れ

代謝の基本反応

1. リン酸化反応（キナーゼ）
2. 脱リン酸化反応（ホスファターゼ）
3. C-C結合の生成・切断反応
4. 脱水素反応

エネルギー産生系

1. 解糖系
2. クエン酸回路（トリカルボン酸サイクル ）

酵素活性の調節

1. アロステリック制御
2. リン酸化による酵素活性の調節
3. 代謝調節のパラダイム：フィードバック制御とカスケード

【コラム】

• 熱力学の法則：自由エネルギー変化と平衡定数
• Michaelis-Mentenの式の導き方
• 炭素と窒素の固定回路
• 代謝経路のバイオインフォマティクス（生物情報学）
• メタボロミクス
• 代謝経路はなぜ丸い？

８章　エネルギー

生体エネルギー

呼吸鎖と酸化的リン酸化の概略

酸化還元反応と呼吸鎖

ATP合成酵素

光合成の概要

光エネルギーの吸収

光化学反応と電子伝達

暗反応：炭酸固定反応

C4光合成

ミトコンドリアと葉緑体のトポロジー

【コラム】

• ATP合成酵素の回転の実証
• 光合成の炭酸固定経路図（カルビン回路）
• 共役と光による調節
• 地球大気の二酸化炭素濃度の変遷と光合成

９章　シグナル伝達と細胞の増殖

シグナル伝達

細胞内シグナル伝達

1. タンパク質のリン酸化と脱リン酸化
2. Gタンパク質
3. 低分子の二次メッセンジャー

受容体を介した細胞内シグナル伝達経路

1. 酵素型受容体
2. Gタンパク質共役型受容体
3. チャネル型受容体
4. 転写因子型受容体

細胞周期

1. 細胞周期とは
2. 対称分裂と非対称分裂

細胞増殖の制御

1. 正と負の制御

細胞増殖開始のシグナル伝達

1. 細胞増殖開始までのシグナル伝達
2. 正と負の制御
3. サイクリンとCDKは細胞周期の各ステップで働く

細胞周期のチェックポイント機構

ガンとガン遺伝子

1. ガン遺伝子
2. ガン抑制遺伝子
3. ガンの自立的増殖

細胞死のシグナル

【コラム】

• 受容体とシグナル分子の関係
• タンパク質の分解による細胞内シグナル伝達
• オーファン受容体と医薬品開発

第３部　細胞集団の組織化

10章　発生と分化

卵形成

受精と卵割

胚の方向性の決定

1. ショウジョウバエの発生
2. カエルの発生

細胞分化と幹細胞

誘導作用と形態形成運動

1. 形態形成運動
2. 神経誘導

器官形成

【コラム】

• 線虫の細胞系譜
• ホメオボックス遺伝子
• カエルの背側決定における母性因子の役割
• 植物の花器官形成のしくみ

11章　細胞間のコミュニケーションと組織構築

細胞同士の接着

1. カドヘリンの発見とその性質
2. カドヘリンの役割
3. その他の細胞同士の接着

細胞外基質

1. 繊維性の成分
2. グリコサミノグリカンとプロテオグリカン
3. 糖タンパク質

細胞と細胞外基質との接着

1. インテグリン

　

細胞間のコミュニケーション

1. 細胞接着と細胞内情報伝達
2. 細胞認識
3. 細胞接着と移動運動
4. 植物細胞の原形質連絡

組織構築

1. 上皮組織
2. 細胞極性

【コラム】

• 基底板
• 植物の細胞外基質
• 神経とシナプス
• 結合部複合体

12章　生殖と減数分裂

有性生殖と無性生殖

体細胞分裂と減数分裂

減数分裂の意義

遺伝的組換え

1. 一般的組換え
2. 部位特異的組換え

配偶子の形成

配偶子の特殊化

受精

1. 受精の準備
2. 受精の過程

種と性

【コラム】

• 性の決定と性転換
• アグロバクテリアと遺伝子組換え植物
• クローン動物
• ノックアウトマウス