基本トピックを7章にわけ，法則・理論を重視したミニマムな解説と，具体的な問いから構成．厳選された45の問いと生物学的な意義を「少しずつ学ぶ」ことを通して，可能性や広がりに気づく教養としての生命科学

【目 次】
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序章　物理・化学・数理的な生命のみかた
　　
1章　生体分子：細胞をつくりあげる物質群
　1.1　細胞を構成する有機化合物
　1.2　タンパク質
　　タンパク質は複雑な立体構造を形成して機能を発揮する
　　例題1-1：タンパク質の分子量と等電点
　　[Biological Insights] なぜ分子量や等電点に注目するのか
　　電気泳動という実験方法
　　例題1-2：タンパク質の電気泳動パターンと分子量
　1.3　脂質
　　例題1-3：生体膜を構成する脂質分子の個数
　　[Biological Insights] 生体膜とリポソーム
　1.4　糖
　1.5　核酸
　演習　生体分子が情報を伝達する
　　演習1：情報伝達物質と受容体の結合定数
　1章　まとめ
　課題　タンパク質の構造表示
　　課題1：プリオンの構造をウェブ上で観察する
　　立体構造ビューア
　　[Biological Insights] タンパク質の立体構造の変化と線維化
　　
2章　生命活動の駆動力:代謝と自由エネルギー
　2.1　生命活動と自由エネルギー
　　例題2-1：ATPの自由エネルギー
　　[Biological Insights] 生体内におけるATP
　　例題2-2：代謝反応の自由エネルギーと平衡定数
　　[Biological Insights] 解糖系・糖新生・光合成で機能するGAPDH反応
　2.2　自由エネルギーの保持物質としてのATPとNAD（P）H
　　例題2-3：酸化還元電位
　　[Biological Insights] 代謝のエネルギー効率は非常によい
　2.3　基本的な代謝系
　　解糖系
　　クエン酸回路
　　光合成の炭素固定回路（カルビン-ベンソン回路）
　2.4　酵素
　　酵素は2種類の特異性をもつ
　　酵素反応の特徴
　2.5　酵素活性の調節
　　アロステリック制御
　　リン酸化による酵素活性の調節
　演習　酵素反応のキネティクス
　　演習2-1：ミカエリス-メンテンの式の導出と実験データへの適用
　　[Biological Insights] 地球上で最も多い酵素RubisCO
　演習　代謝系のキネティクス
　　演習2-2：一定の基質供給がある酵素反応
　2章　まとめ
　課題　酵素反応のシミュレーション
　　課題2：一定の基質供給がある酵素反応のシミュレーション
　　
3章　遺伝情報
　3.1　情報分子としての核酸
　　遺伝情報を担うDNAの特性
　3.2　遺伝子
　　ゲノムと染色体と遺伝子
　　遺伝子型と表現型を区別して考える
　3.3　DNAの複製
　　複製には鋳型とプライマーが必要である
　　複製とポリメラーゼ連鎖反応（PCR）
　　例題3-1：複製のしくみ―PCRを例に
　　[Biological Insights]遺伝子解析に欠かせない実験技術
　　複製はきわめて正確
　　例題3-2：DNAの情報量と複製のエラー率
　　[Biological Insights]ゲノム情報は最適化されているか
　3.4　RNAへの転写
　　セントラルドグマ
　　DNA上には、転写の始まりと終わりの位置を指定する領域がある
　3.5　真核生物のmRNAプロセシング
　　スプライシングの意義
　3.6　リボソームはタンパク質合成（翻訳）の場
　　例題3-3：遺伝子とタンパク質の関係
　演習　細胞分裂の回数
　　演習3-1：細胞分裂とテロメア
　　[Biological Insights]直鎖状DNAか環状DNAか？
　演習　逆転写酵素をつかった検査法
　　演習3-2：遺伝子発現量の測定
　　[Biological Insights]新型コロナウイルスの検出方法（RT-PCR検査）
　演習　ORFと制御にかかわる配列の関係
　　演習3-3：塩基配列の情報量
　　[Biological Insights]遺伝子と発現制御配列の並びは偶然（ランダム）ではない
　3章　まとめ
　課題　ゲノム情報の表示
　　課題3：遺伝情報データベースの利用
　　
4章　細胞の構造と増殖
　4.1　細胞の構造と細胞小器官
　　細胞小器官が存在する
　　例題4-1：細胞小器官の形態と物理的性質
　　[Biological Insights]膜系から関連を推定する
　　細胞骨格とモータータンパク質
　4.2　細胞の分裂と増殖
　　細胞分裂の準備には4段階ある
　　細胞周期はサイクリンとCDKが制御する
　　細胞周期を進めてよいかのチェックポイント機構がある
　　細胞増殖は個体群成長などにもつながる概念である
　　例題4-2：細胞の増殖と競合
　　[Biological Insights]培養細胞集団の増殖におけるふるまい
　4.3　細胞内小胞輸送
　　演習　空間・時間・エネルギーの階層性
　　演習4-1：生命の階層性
　　[Biological Insights]さまざまな階層、スケールを超えて共通する法則がある
　演習　細胞内の反応と試験管内の反応は異なる
　　演習4-2：細胞内の混み合い
　　[Biological Insights]水溶液中とは異なる反応がみられる
　演習　細胞内における生体分子の拡散と輸送
　　演習4-3：細胞内における生体分子の拡散と輸送
　　[Biological Insights]さまざまな伝達速度を使い分けている
　4章　まとめ
　課題　細胞内反応のモデル化
　　課題4：細胞周期のシミュレーション
　　考え方：細胞内反応を微分方程式で表す
　　
5章　システムとしての生命の特性
　5.1　生命のシステムにおけるネットワーク
　5.2　遺伝子発現制御が形作るネットワークの基本形
　　例題5-1：転写の自己制御
　　例題5-2：2遺伝子の相互制御
　　[Biological Insights]バクテリオファージの溶原サイクルと溶菌サイクル
　　[Biological Insights]合成生物学
　5.3　代謝制御とホメオスタシス
　　考え方：ネットワークモチーフ
　　例題5-3：転写ネットワークのモチーフ
　演習　転写ネットワークとフィードバック回路
　　演習5-1　正と負のフィードバック回路
　演習　分解を考慮した転写制御
　　演習5-2：転写制御のモデル
　　[Biological Insights]生体分子の分解
　演習　分解を考慮した転写のフィードバック制御
　　演習5-3：転写のフィードバック制御
　　[Biological Insights]大腸菌は40個の自己制御の転写ネットワークをもつ
　　連続的な濃度効果を記述するためのヒル関数
　5章　まとめ
　課題　応答が早まる制御回路
　　課題5：インコヒーレントフィードフォワード回路による制御
　　
6章　生命のダイナミクスとパターン形成
　6.1　正のフィードバック回路を含むシステム
　　例題6-1：相互促進と相互抑制がつくる定常状態
　　考え方：アイソクライン分析
　　例題6-2：正のフィードバック回路のアイソクライン分析
　　[Biological Insights]隣接細胞間で相互抑制がみられるとどうなるか
　6.2　要素の空間内移動を伴うシステム
　6.3　反応拡散系
　　[Biological Insights]体表模様
　6.4　高次の形態パターンの形成
　　[Biological Insights]モルフォゲンによる形態形成
　演習　相互抑制の正のフォードバック回路例
　　演習6-1：Notch-Delta系による側方抑制
　　[Biological Insights]Notch-Delta系による側方抑制
　演習　細胞における反応拡散系
　　演習6-2：2細胞のチューリングモデル
　演習　初期発生におけるパターニング
　　演習6-3：胚のパターン形成
　　[Biological Insights]ショウジョウバエの体節形成原理
　演習　植物ホルモンと発生・成長の調節
　　演習6-4：オーキシンの極性輸送と形態形成
　　[Biological Insights]葉や花の位置はどう決まるか
　6章　まとめ
　課題　ダイナミクスをシミュレーションする
　　課題6：チューリングパターン形成のシミュレーション
　　
7章　マクロスケールのダイナミクス
　7.1　生物間相互作用と生物群集
　　個体群の成長
　　ロトカ・ボルテラの競争系
　　例題7-1：競争関係の結末
　　[Biological Insights]共存できる条件
　　ロトカ・ボルテラの捕食系
　　現実的な捕食系
　7.2　進化と系統
　　自然選択と適応進化
　　例題7-2：最適成長スケジュール
　　[Biological Insights]最適成長スケジュールの進化
　　発展：事前知識なしでの最適解探索
　　自然選択によらない進化：遺伝的浮動
　　例題7-3：ハーディ・ワインベルグ則の導出
　　[Biological Insights]お酒に弱い体質が証明する血縁関係
　　分子進化の中立説
　　分子系統樹
　演習　変異の固定・消失
　　演習7：遺伝的浮動のシミュレーション
　7章　まとめ
　課題　数理モデルや最適化計算と生物学のさまざまな接点
　　課題7-1：海洋で見られるバイオマスの逆転
　　課題7-2：ポントリャーギンの最大化原理や動的計画法について調べてみよう
　　課題7-3：配列アラインメントと系統樹の作成
　　[Biological Insights]さまざまな系統樹作成法