The Molecules of Life: Physical and Chemical Principles（生命の分子：物理学的・化学的原理）

引用

Kuriyan, J., Konforti, B., & Wemmer, D. (2012). The Molecules of Life: Physical and Chemical Principles. Garland Science.

章の要約

本書は全19章を6部に分け、約1,000ページです。出版社は、中心となる主題を、細胞の中でタンパク質、DNA、RNAが協調して働く仕方はそれらの構造と結びついており、構造は原子間の相互作用とエネルギーとエントロピーの相互作用に依存する、ということだと述べています。エネルギーとエントロピーの統計的基礎が定量的に扱われ、詳しい導出と章末問題があり、物理化学の背景がない学生も概念を習得できるとしています。出版社の目次は、第VI部の冒頭までしか部の見出しを載せていません。

第I部 生体分子（第1〜5章）：遺伝子からRNA、そしてタンパク質へ／核酸の構造／糖鎖と脂質／タンパク質の構造／タンパク質の進化的変異

第I部では生体高分子と遺伝子からRNA、タンパク質への流れを紹介し、核酸、糖鎖と脂質、タンパク質の構造、そして進化の中に見られるタンパク質の変異を説明します。

第II部 エネルギーとエントロピー（第6〜8章）：エネルギーと分子間力／エントロピー／エネルギーとエントロピーの結びつけ：ボルツマン分布

物理的な基礎です。エネルギーと分子間の力、エントロピー、そして両者を結びつけるボルツマン分布を扱います。

第III部 自由エネルギー（第9〜11章）：自由エネルギー／化学ポテンシャルと平衡への駆動力／電圧と自由エネルギー

自由エネルギーを導入し、化学ポテンシャルと平衡への駆動力、電圧と自由エネルギーの関係を通して展開します。

第IV部 分子間相互作用（第12〜14章）：分子認識：結合の熱力学／高分子認識の特異性／アロステリー

結合を熱力学的に扱い、続いて高分子認識の特異性とアロステリーを扱います。

第V部 速度論と触媒作用（第15〜17章）：分子過程の速度／酵素触媒作用の原理／拡散と輸送

分子過程の速度、酵素触媒作用の原理、拡散と輸送です。

第VI部 組立と活性（第18〜19章）：フォールディング／DNAとタンパク質合成の忠実度

最後の2章では、これまでの内容を高分子のフォールディングと、DNAおよびタンパク質合成の忠実度に応用します。

主要概念

第I〜II部：構造と物理的基礎（第1〜8章）

• 生体分子の構造：核酸、糖鎖と脂質、タンパク質（第2〜4章）。
• エネルギーと分子間力：第6章。
• エントロピーとボルツマン分布：第7章と第8章。

第III〜IV部：自由エネルギーと相互作用（第9〜14章）

• 自由エネルギーと化学ポテンシャル：第9章と第10章。
• 電圧と自由エネルギー：第11章。
• 結合の熱力学と分子認識：第12章と第13章。
• アロステリー：第14章。

第V〜VI部：速度、触媒、組立（第15〜19章）

• 分子過程の速度と酵素触媒作用：第15章と第16章。
• 拡散と輸送：第17章。
• フォールディングとDNA・タンパク質合成の忠実度：第18章と第19章。

批判的分析

長所

• 生化学のための物理的な枠組み。 6つの部は、構造からエネルギー、エントロピー、自由エネルギー、相互作用、速度論へと進み、フォールディングと忠実度に応用するため、同じ考え方でいくつもの場面の分子を説明できます。
• 物理化学が専門でなくても読める。 出版社は、導出が詳しく明快であり、物理化学の背景のない学生も章末の練習問題で習得に達すると述べています。
• モジュール式の設計。 出版社は、百科事典的ではなく柔軟になるよう書かれており、さまざまな教員の目標に合うとしています。
• 構造と機能の明確な結びつけ。 第I部は熱力学を導入する前に高分子を示すため、構造が常に視野に入ります。

短所

• 代謝の概観ではない。 目次には、代謝経路や生体分子の全体像を扱う章はありません。標準的な生化学の概観が必要な学生は別の教科書が必要です。
• 物理に偏る。 第II〜V部はエネルギー、エントロピー、自由エネルギー、結合、速度論についてで、本サイトは前提として微積分と一般化学を挙げています。
• 外部の書評が少ない。 このガイドのために参照できた資料は出版社のページであるため、本書の長所は著者と出版社の説明どおりに述べています。

コースにおける位置づけ

『The Molecules of Life』は生化学の書目の中で、物理化学を先に置いた教科書です。『Biochemistry: The Molecular Basis of Life』と『Essential Biochemistry』は入門書で、後者は1学期の最初の課程向けの簡潔な本です。『Fundamentals of Biochemistry』は化学的な厳密さで学部全範囲の内容を扱い、MiesfeldとMcEvoyの『Biochemistry』は分子構造と代謝を生理や疾患に結びつけ、『Lehninger Principles of Biochemistry』は包括的な標準リファレンスです。

Kuriyanは、広範な生化学の教科書のいずれかと並行して、または後に読み、分子がなぜそのように結合し、折りたたまれ、触媒するのかを問うときに使います。

本書の使い方

生化学の入門と一般化学を学び、微積分を知っていて、物理的原理を重視する課程を取る学生に向いています。

• 中核： 第II〜IV部（第6〜14章）が中心です。エネルギー、エントロピー、自由エネルギー、結合を、順に読みます。
• 復習または流し読み： 高分子の構造をすでに知っている読者は、第I部（第1〜5章）を流し読みできます。
• 速度論と応用： 第V部と第18〜19章が原理を応用します。第15〜16章は酵素学の単元と組み合わせられます。
• 練習： 導出が主要な教授法なので、章末問題を解きます。
• 概観的な教科書との併用： 目次に代謝経路の章がないため、経路については書目の中の幅広い生化学の教科書を使い、結合、フォールディング、触媒作用の物理的説明にはこの本を使います。
• 柔軟な使い方： 出版社はこの本をモジュール式と述べているため、課程は第II〜IV部を生体分子の熱力学の短い単元として、または第IV〜V部を結合、アロステリー、速度論のために使えます。