内容紹介
生物学を化学や物理学の視点から研究するために生物物理化学の基礎原理を解説したテキスト。バイオテクノロジーやナノテクノロジーの重要性が高まっている現在、このようなトピックに興味をもち、化学・物理的手法を用いてアプローチしたいと考える読者にお薦めの一冊。
目次
第I部 生物物理的研究の科学と哲学
第１章 生物物理化学の原理と実践の導入
１．１ 現象の記述：何がそこで起こっているのか
１．２ 系の構成要素の特定：何がそこに含まれているのか
１．３ 構造解析：それはどんな形をしているのか
１．４ 機能の分析：それは何を行うのか
第２章 物理的考え方と生物系：生物系の理解に向けたモデル化原理の応用
２．１ 思考実験
２．２ 物理的思考と生物系：理論と理解と現実の架け橋としてのモデル化
２．３ 現代科学の始まり
２．４ 形式モデルと自然系の間の相互作用
２．５ 観測量：観測者と現実の間の結びつき
２．６ モデル化の鏡
２．７ 抽象化と近似
２．８ 抽象的状態と観測量状態
２．９ 測定
２．10 抽象化の単純化概念
２．11 状態方程式
２．12 等価な描像
２．13 対称性と対称操作
２．14 モデルのよさは何を見るかに依存する
２．15 滑らかに微分可能な状態空間
２．16 状態空間の分岐：複雑系
２．17 カタストロフィー
２．18 カオス
第３章 確率と統計
３．１ 序
３．２ 離散的確率
３．３ 数え方
３．４ 条件つき事象と独立事象
３．５ 分布
３．６ 連続的な確率
第II部 物理的基礎
第４章 物理的原理：エネルギー、主要な観測量
４．１ 抽象化と実験
４．２ ポテンシャルエネルギー面：エネルギー測定による構造の発見
４．３ 時間にわたる構造：関数は動いている構造である
４．４ 基礎法則，対称性，保存および作用
第５章 物理的原理：力学と運動
５．１ 分子のダンス：ステップの学習
５．２ １次元と２次元の運動
５．３ 力と質量
５．４ 保存
５．５ 定常的な考察のための定常的な力
５．６ 仕事
５．７ 衝突
５．８ 力学と分子
第６章 物理的原理：波
６．１ 基本的な波動
６．２ パルス
６．３ 波動関数
６．４ 重ね合わせと干渉
６．５ パルス波の速度
６．６ 反射と伝播
６．７ 調和波
６．８ 波のエネルギーと強度
６．９ 定在波
６．10 重ね合わせと干渉：異なる周波数の波
６．11 複雑な波形
６．12 波束
６．13 分散
６．14 波動方程式
６．15 ２次元と３次元の波
６．16 ドップラー効果
６．17 ２つまたはそれ以上の数の点源からの干渉
６．18 波の伝搬
６．19 構造の決定：Ｘ線解析
第７章 物理的原理：静電気学
７．１ 電気力
７．２ 静電気学
７．３ 電場
７．４ 電気双極子
７．５ 電束
７．６ ガウスの法則
７．７ 電場中の点電荷の運動
７．８ 電位
７．９ 等ポテンシャル面
７．10 ポテンシャル場の計算
７．11 静電気エネルギー
第８章 物理的原理：電磁気学
８．１ 電流
８．２ 回路
８．３ 計測器
８．４ 磁気
８．５ 磁場
８．６ 磁気相互作用
８．７ 磁場と電荷の相互作用
８．８ 質量分析計
８．９ ソレノイド：磁気研究のための平行版コンデンサー
８．10 物質中の磁気
８．11 原子の磁気モーメント
８．12 双極子放射：電磁放射
第９章 物理的原理：量子力学
９．１ 確実性に対する歴史的思い上がり
９．２ 確実性の終わり：量子革命
９．３ 紫外発散
９．４ 熱容量
９．５ 光子：放射の粒子的特徴
９．６ 電磁放射の二重性
９．７ 粒子の波動的特徴
９．８ 電子顕微鏡
９．９ 不確定性原理
９．10 原子構造：原子の概念の歴史
９．11 量子力学
９．12 時間に依存しないシュレーディンガー理論
９．13 原子モデルの構築：１電子原子
９．14 原子モデルの構築：多電子原子
第10章 化学的原理
10．１ 電子分布
10．２ 化学的相互作用の性質
10．３ イオン・イオン相互作用
10．４ イオン・双極子相互作用
10．５ イオン・誘起双極子相互作用
10．６ ファンデルワールス相互作用
10．７ 共有結合
10．８ ルイス構造
10．９ VSEPR理論
10．10 分子軌道論
10．11 水素結合
10．12 生物系は限られた数の元素からできている
第III部 系の測定：自然状態空間を探るための道具
第11章 系のエネルギーの測定：エネルギーと熱力学の第１法則
11．１ 熱：新しい法則は必要か
11．２ 第１法則：「宇宙のエネルギーは保存される」
11．３ 熱力学用語の定義
11．４ 経験的に第１法則を調べる
11．５ 熱容量の導出
11．６ 圧力によって束縛された系：エンタルピーの定義
第12章 全体は構成部分の和より大きい：エントロピーと第２法則
12．１ 永久運動機関
12．２ 思考実験：完全な熱機関の設定
12．３ エントロピー：力学的・動力学的手法
12．４ 統計熱力学
12．５ エントロピーの統計的な見方
12．６ 第３法則とエントロピー
第13章 その系はどちらに進む：ギブズの自由エネルギー
13．１ 生物学的エネルギー変換
13．２ ギブスの自由エネルギー
13．３ ギブスの自由エネルギーの特徴
13．４ μの導入，１モルあたりの自由エネルギー
13．５ 活量：理想を現実に変換すること
13．６ 多成分系
13．７ 化学ポテンシャルと化学系
13．８ 混合のエントロピー，エンタルピー，自由エネルギー
13．９ 自由エネルギーと化学平衡
13．10 ガルバニ電池の熱力学
13．11 自由エネルギーの変化と生化学反応
第14章 友人と隣人：系の相互作用と相平衡
14．１ 相平衡の原理
14．２ 相間の輸送の熱力学
14．３ 相律
14．４ 純粋物質と束一性
14．５ 界面現象
14．６ 結合平衡
第15章 分光学：構造の分析
15．１ 物質と光の相互作用
15．２ 原子・分子のエネルギー準位と構造：量子現象
15．３ 吸収分光学の生化学への応用
15．４ 蛍光とりん光
15．５ 散乱過程による分子観測
15．６ スピンからの構造決定：ＥＰＲとＮＭＲ分光学
第16章 構造の分析：顕微鏡
16．１ 百聞は一見にしかず
16．２ 光化学顕微鏡
16．３ コントラストの課題
16．４ 走査プローブ顕微鏡
第17章 来た道と行く道を眺める展望台
17．１ 生物物理学の抽象化の階層制
第IV部 生物状態空間の構造：水の生化学モデルの構築
第18章 水：独特な構造、独特な溶媒
18．１ 序
18．２ 物理的性質
18．３ 液体としての水の分類
18．４ 水の分子構造
18．５ 水の水素結合
18．６ 水の構造と動力学
18．７ 疎水的力
第19章 イオン・溶媒相互作用
19．１ モデルによるイオン・溶媒相互作用の理解
19．２ ボルンモデル
19．３ 連続体に水の構造を加える
19．４ イオン・溶媒モデルのボルンを超えた拡張
19．５ 生体系におけるイオン・溶媒相互作用
第20章 イオン・イオン相互作用
20．１ イオン・イオン相互作用
20．２ デバイ・ヒュッケルモデル
20．３ デバイ・ヒュッケルモデルの検証
20．４ デバイ・ヒュッケルモデルの厳密な取り扱い
20．５ 他の相互作用の考察
第21章 水溶液中の脂質：細胞膜の形成
21．１ 生体膜の形と機能
21．２ 小さな無極性分子の溶液
21．３ 有機イオンの溶液
21．４ 重要な生化学種である脂質
21．５ 水相と脂質相の接触：脂質の膜への組織化
21．６ 脂質膜の物理的性質
21．７ 生体膜：より完全な描像
第22章 生物学的状態空間の構築
22．１ 細胞と生物の複雑さ
22．２ 生命の小史：問題の論点を絵本にする
22．３ 分岐，カタストロフィー，進化
22．４ 区画化
22．５ 細胞の概観
22．６ 制御機構
第23章 溶液中の高分子
23．１ 序
23．２ ランダムウォークとマルコフ過程
23．３ ペプチドとタンパク質
23．４ 炭水化物
23．５ 生化学種のなかの重要なグループ：核酸
23．６ 溶液中の非極性のポリペプチド
23．７ 溶液中の極性ポリペプチド
23．８ 遷移の状態
23．９ タンパク質の折りたたみ（フォールディング）問題
23．10 病理学的タンパク質折りたたみ
第24章 分子のモデル化：生化学状態空間の射影
24．１ 構造と機能の予測
24．２ 分子のモデル化原理
24．３ 経験的方法
24．５ 分子力学
24．６ 量子力学的方法
第25章 電界面
25．１ 相が出会うとき：界面
25．２ 界面領域のより詳しい考察
25．３ 最も単純な描像：ヘルムホルツ・ペランモデル
25．４ 核酸層対二重層
25．５ コンデンサーと拡散層の組合わせ：スターンモデル
25．６ 二重層の完全な描像
25．７ コロイド系と電界面
25．８ 塩析の再考察
第26章 膜を横断する力
26．１ 膜の中のエネルギーと力
26．２ ドナン平衡
26．３ 膜を横断する電場
26．４ 膜の静電プロファイル
26．５ 電気化学ポテンシャル
26．６ 膜を通り抜ける分子：脂質二重層の透過性
第V部 状態空間の機能と作用
第27章 輸送：非平衡過程
27．１ 輸送：不可逆過程
27．２ 非平衡熱力学の法則
第28章 科学ポテンシャル場中の流れ：拡散
28．１ 電場中の輸送
28．２ イオン伝導性の描像
28．３ 伝導の現象論的観測
28．４ イオン伝導の分子論
28．５ イオン間の力は伝導後にどう影響するか
28．６ 特殊なプロトン伝導の場合
第29章 電場中の流れ：電気伝導
29．１ 電場中の輸送
29．２ イオン伝導性の描像
29．３ 伝導の現象論的観測
29．４ イオン伝導の分子論
29．５ イオン間の力は伝導後にどう影響するか
29．６ 特殊なプロトン伝導の場合
第30章 界面動電現象
30．１ 細胞と界面の現象
30．２ 界面動電現象
30．３ 電気泳動の現実的な応用
30．４ 界面動電学と生物学
第31章 速度論：化学反応速度論
31．１ 化学熱力学と速度論
31．２ 化学反応速度論：その歴史
31．３ 速度論の用語
31．４ 反応の次数
31．５ 反応速度論の表現
31．６ 素反応
31．７ 反応機構
第32章 速度論：酵素と電子
32．１ 溶媒速度論
32．２ 酵素
32．３ 電子移動の速度論
32．４ タンパク質中の電子電荷移動
結び
付録Ａ 数学的方法
Ａ．１ 単位と測定
Ａ．２ 三角関数
Ａ．３ 展開係数
Ａ．４ 微分と積分
Ａ．５ ベクトル
付録Ｂ 仮想の力と疑の力：遠心力
付録Ｃ 直交座標中のポテンシャルからの場の決定
付録Ｄ ハミルトンの最小作用の原理・フェルマーの最小時間の原理
付録Ｅ 幾何光学
Ｅ．１ 光の反射と屈折
Ｅ．２ 鏡
Ｅ．３ 屈折による結像
Ｅ．４ プリズムと全内反射
付録Ｆ ２つのイオン間の相互作用エネルギーの導出
付録Ｇ 条件ｑ可逆＞ｑ不可逆の導出
付録Ｈ クラウジウス・クラペイロン方程式の導出
付録Ｉ 浸透圧に対するファントホッフ方程式の導出
付録Ｊ 剛球体に電荷を帯電・除去した場合の仕事の導出
付録Ｋ 量子電磁力学
付録Ｌ 反応物から生成物への遷移：断熱・非断熱遷移
付録Ｍ フェルミの黄金律
出版社からのメッセージ
本書は、2004年12月にシュプリンガー・ジャパン株式会社より出版された同名書籍を再出版したものです。
------------------------------------------
本書は、書籍からスキャナによる読み取りを行い、印刷・製本を行っています。
一部、装丁が異なったり、印刷が不明瞭な場合がございますが、ご了承くださいますようお願い申し上げます。
------------------------------------------
