生物学入门

生物学入門目標１.自分の力で調べ考える姿勢を身につけ、同時に、これを通じて論理的思考力を養成する。２.細胞、つまり『生命の基本単位』の構造と機能を理解し、生物学全般を細胞レベルで理解する視点を養う。３.生物の共通性と多様性を理解する。科目前半は筆記試験、後半はノート提出（後半の内容のみ)により採点する。前半のテーマ（後藤担当分）1.生命界エネルギー流概観2.水と生体分子3.細胞生命の基本単位4.第二法則と酵素5.蛋白質と生体膜（１）6.蛋白質と生体膜（２）7.定期試験（６月７日）主な参考書としてエッセンシャル細胞生物学(南江堂、8600円)を使う。①高価なこと、本科目が必須科目であることを考慮し、教科書としては指定しない②ただし、二年次の科目『細胞生物学』では教科書指定する③全18章のうち、第1～5章、第11～13章の内容(8章分)をカバーする予定。ただし、取扱いの『濃淡』は章毎に異なるし、本書に100％準拠するわけではない（準拠率50％程度か)。④本書から図を引用する場合には『ECBより』と記載する。ECB：EssentialCellBiology(本書の英語版の略）⑤東京医科歯科大の和田勝教授は本書に依拠した生物学講義内容を⇒のサイトで公開している。本書の図版も多く引用されている。大いに参考にして欲しい。⑥福岡大学の機能生物化学研究室では生化学に関する膨大な講義資料を公開しており、大変参考になる⇒~bc1/index.htm推奨Web(日本語)①東京医歯大和田勝教授の細胞生物学⇒②福岡大機能生物化学研究室『生化学の基礎』『代謝マップ』『核酸の化学』⇒~bc1/index.htm推奨Web(英語)①Dr.M.Farabee(EstrellaMountainCommunityCollege)OnlineBiologyBook⇒生命界エネルギー概観2.水と生体分子3.細胞生命の基本単位4.第二法則と酵素5.蛋白質と生体膜（１）6.蛋白質と生体膜（２）7.定期試験（6月7日）・生命界のエネルギー的基礎：太陽と光合成・生態系＝食物網からなるエネルギー変換系（動的秩序）・生物学における物理・化学・数学の一部入門・対数の計算ができるか・モル濃度の計算ができるか・光の波長とエネルギーの関係を理解する・光を吸収するとは、どういうことかⅠ生物学における物理・化学的諸量Ⅱエネルギー代謝の初歩(生命と生態系)Ⅲ地球生態系生産力の海陸比較生命界エネルギー流概観生物学における物理・化学的諸量（１）アヴォガドロ数とモル量①水１Ｌ（㍑）＝10－3ｍ3に含まれる水分子の数は？水1Ｌは1000ｇ水1mol（モル）⇒6.02×1023（アヴォガドロ数）個の水分子⇒18gの水（１molの炭素原子＝12g）C＝１２、H2O=18∴水1L＝1000/18mol＝56mol＝3.3×1025分子生物学における物理・化学的諸量（2）モル濃度M（mol/L;molar;モル溶液）①細胞体積を2pL、水分含量を70％とする。細胞内Ca2+濃度は200ｎM、K＋濃度は300mM、各々のイオンの個数を求めよ。Ca2+(200x10-9mol/L)x(2x10-12x0.7L)x(6x1023)=2x105K+(2x105)x(300/200)x(10-3/10-9)=3x1011なお、水1L＝56mol＝3.3×1025分子上記細胞における水分子＝（1.4x10-12）x(3.3x1025)=5x1013m（ミリ）10-3、μ（マイクロ）10-6、n（ナノ）10-9、p（ピコ）10-12、f（フェムト）10-15生物学における物理・化学的諸量（３）モル濃度M（mol/L;molar;モル溶液）②バクテリアの細胞体積は、動物細胞のほぼ千分の一である。他の条件は同じとして、Ca2+とK＋の細胞内における個数を求めよ。動物細胞のCa2+は2x105個であるから、Ca2+2x105x10-3=200動物細胞のK+は3x1011個であるから、K+3x1011x10-3=3x108m（ミリ）10-3、μ（マイクロ）10-6、n（ナノ）10-9、p（ピコ）10-12、f（フェムト）10-15補足細胞の大きさと数１ml（1cm四方；角砂糖の大きさ）の容器の中に隙間なく細胞を詰め込むことができたとすると、動物細胞やバクテリアの細胞は各々何個詰め込まれるか。各々の体積を2pl、2flとする。動物細胞1x10-3/(2x10-12)=5x108バクテリア5x108x103=5x1011m（ミリ）10-3、μ（マイクロ）10-6、n（ナノ）10-9、p（ピコ）10-12、f（フェムト）10-15生物学における物理・化学的諸量（４）光の速さ3.0×105km/s『光』は東京⇔静岡を1ms（㍉秒）で往復、1秒間に千回往復20㍉秒以内の出来事は同時として感じる（融合閾）生物学における物理・化学的諸量（５）光速（ｃ=3.0×10８m/s）=波長（l）×振動数（n）波長（l）一振動で進む距離（山と山の間の距離）振動数（n）一秒間に振動する回数（ヘルツ、Hz）波の速さ（c）一秒間に進む距離周期（t)一振動する時間nt=1電波（l=1m～100km）VHF30MHz～300MHz3×108=l×(30～300)×106l=10～1mマイクロ波（l=1mm～1m)電子レンジ（microwaveoven)l=12.2cm3×108=12.2×10-2×nn=2.45×109Hz=2.45GHzK（キロ）103、M（メガ）106、G（ギガ）109、T（テラ）1012、P（ペタ）1015生物学における物理・化学的諸量（６）波長l(nm)の光子1モルのエネルギー波長が短いほど（振動数が大きいほど）大きなエネルギー可視光線（400～700nm）400nm（紫）～700nm（赤）1cal=4.24J（ジュール）1W（㍗）=1J/s10Å(オングストローム）=1nmnmmolkcalnmmolkJ//109.2//102.145ll=400nm（紫）の1モル=73kcal700nm（赤）の1モル=41kcal基底状態励起状態物質が光を吸収するとは、物質が励起されることである光の吸収れいきエネルギー準位が低い状態反応性が低い状態エネルギー準位が高い状態反応性が高い状態生物学における物理・化学的諸量（７）254nm(UV)の1モル=114kcal400nm（紫）の1モル=73kcal700nm（赤）の1モル=41kcal分子1モルの熱運動=約１kcalECBよりChl水の吸収スペクトル両軸とも対数目盛であることに注意（両対数グラフという）log0.01=-2,log0.1=-1,log1=0,log10=1,log100=2,log103=3,log104=4基本演算⇒log(a×b)=loga+logbpH=-log(H+);中性ではH+=10-7MだからpH=7対数演算は高校数学の常識であり、かつ生物学の理解には必須である。ATPPigmentChlaChlbBChlaBChlbBChlcBChldBChleblackredmagentaorangecyanbluegreenlmax(nm)430,663463,648364,770373,795434,666427,655469,654クロロフィル(葉緑素)の吸収スペクトル紫外光近赤外光AdaptedfromthewebatⅠ生物学における物理・化学的諸量Ⅱエネルギー代謝の初歩(生命と生態系)Ⅲ地球生態系生産力の海陸比較生命界エネルギー流概観大日本図書『生物ⅠB』より二つの栄養形態大日本図書『生物ⅠB』より食物連鎖生産者⇒一次消費者⇒二次消費者⇒↓↓↓分解者（還元者）食物網foodwebは食物連鎖foodchainのネットワーク啓林館『生物ⅠB』より生態系：食物網によってエネルギー変換と物質循環を行う物質系大日本図書『生物ⅠB』より光合成生物も呼吸する：見かけの光合成＝真の光合成－呼吸生命のエネルギーは太陽光から光合成と呼吸の詳細は第６講で光合成：光エネルギーを生物エネルギー（糖）へ呼吸：糖をＡＴＰ（生体のエネルギー通貨）へ酸素は光合成の副産物光合成には酸素を発生しないタイプもあるが、特に断らない限り、酸素発生型光合成のことを光合成と呼ぶECBより光合成が停止すれば、動物は呼吸もできないもちろん、食物（呼吸基質)もないECBより補足：ＡＴＰの化学構造0.73nm×0.94nm×1.84nmECBよりＡＴＰ＋Ｈ２Ｏ⇔ＡＤＰ＋Ｐｉ＋エネルギー補足：生体エネルギー通貨としてのＡＴＰECBよりⅠ生物学における物理・化学的諸量Ⅱエネルギー代謝の初歩(生命と生態系)Ⅲ地球生態系生産力の海陸比較生命界エネルギー流概観啓林館『生物ⅠB』より純生産量＝総生産量－呼吸量『～量』とあるが、すべて『速度』啓林館『生物ⅠB』より109×106g=1015g=1Pg現存量biomass地球生態系生産力の海陸比較古いデータAdaptedfromtheimagespresentedinSeaDASMadefromtheimagespresentedinSeaDASGlobalannualNPP(gramsofC/m2/yr),calculatedfromtheintegratedCASA-VGPMmodel.InputdataforoceancolorfromtheCZCSsensorareaveragesfrom1978to1983.ThelandvegetationindexfromtheAVHRRsensorsistheaveragefrom1982to1990.GlobalNPPis104.9PgofCyear1(104.9×1015gofCyear1),with46.2%contributedbytheoceansand53.8%contributedbytheland.AdaptedfromFieldetal.Science281:237-240(1998)純一次生産量現存量Pg乾量/年PgC量/年teraWPg乾量PgCturnover陸1155266183782716年海5525313.9229日地球1707797184182811年Schlesinger1997陸107486156012年海11351641.813日地球220991255626年BCDEFGC=B*0.45D=B*18*1000/(365*24*3600)*1000G=F/C地球生態系生産力の海陸比較LatitudinaldistributionoftheglobalNPP.(A)Theglobaltotal(landplusocean)NPP(solidline),landtotalNPP(dottedline),andoceantotalNPP(dashedline).(B)LandNPP:ApriltoJune(solidline),JulytoSeptember(dottedline),OctobertoDecember(shortdashedline),andJanuarytoMarch(longdashedline)