「生体小宇宙のなぞにせまる 」ー生物物理学は生命と物理の架け橋－　　物理学専攻　樋口秀男

大宇宙から産まれた生命にその痕跡が残されている。

Mg Si S

P Cl K

Sc

CrMn

V

ArCa

AlTi

Co

Ni

CuZn

P

W

Pb

原子番号

元素存

在の対

数

100

10

１ 10

0

2

4

6

8

H

He

Li

Be

BF

Na

Ne

Fe

C NO

宇宙

人体

超新星爆発が

重元素を作る

宇宙元素の割合 人体元素の割合≒

高橋「宇宙、物質、生命」を参考

人間原理（ Anthropic principle ）　この大宇宙は微妙なバランスで人間（知的生命体）を生み出した 。それは、10100 分の１の偶然であった。したがって、この大宇宙やそれを支配する物理法則は人間が誕生するのに都合良く作られている。

単なる痕跡でなく、　　生命は大宇宙の法則を規定している。

また生命の階層性と複雑性は、　　宇宙との類似性から生体小宇宙と呼ばれている。

生命の階層性と複雑性

アミノ酸

タンパク質

7 万種

細胞

1 兆分子

細胞 60 兆

20 種類

20200 通り

300 種

器官

人＝小宇宙

生体小宇宙をなぞを解き明かすにはどうすればよいか？　素粒子科学のように個々の分子を調べれば何か解るかも････

ウィルソンの霧箱の中の素粒子

ウィルソン 1897 年

タンパク質に蛍光分子を結合すれば 1 分子が見える！

蛍光分子

タンパク質

Universe Today “Particle tracks in a cloud chamber

タンパク質分子

原子・アミノ酸

個体：動物人間

分子集合体細胞

と言うわけで、樋口研では、 1分子の動きや機能を測定して生命の本質を理解しようとしています。

樋口研の研究領域

Ｉ love モーター蛋白質

着目する分子筋肉細胞分裂細胞運動細部内輸送転写

Nishiyama, Mutoh, Inoue,Yanagida & Higuchi Nature Cell Biol 2001

細胞分裂を司るキネシン 1分子の運動から説明しよう

時間（ ms)

力（

pN)

変位

(nm

)

レーザーでビーズを捕まえ 1 分子の力と変位を測定

タンパク質がどのように動くかを理解できた

細胞分裂を引き起こす分子

全体速度 = 前進速度 – 後退速度

キネシンの運動は Feynmanの爪車モデルで説明できる。

　　

10

100

1000

0 2 4 6 8 10

速度

(nm

/s)

力 (pN)

前進運動速度

後方運動速度

の式Feynman

expexp21

Tk

E

Tk

EFdV

BB

キネシンの運動は熱ゆらぎの要素が大きい

高温T2

T1

室温Ｔ 2

爪車と歯止め

E

F

高温Ｔ1

d

細胞内の分子イメージング

3次元１分子運動

1 分子技術を使えば、細胞内の分子の動きを測定できる。

細胞内のモーター蛋白質の運動は、精製したときとまるでちがう !!

細胞内を調べるべし。20nm

From Bio-vision

癌細胞の転移過程を観て医学に役立てます。

2010 年 NHK 全国版で 3 回紹介されたよ。知っているかな？

1000 倍も速い

0.72

8

820

36

がん誘導膜タンパク質

蛍光粒子 転移中のがんが見えた。

がんの転移の本質を捉えた！

生物物理学のおもしろさは、・生命の本質にせまれること・多くの分野と交流があること　　　　　　　　　　　　　

化学

生化学

生物工学

医学

薬学農学

生物学物理学

生物物理学

生物学はよくわかってきたみたいですね？いいえ、生物は複雑すぎて、生物のほんの一部しか明らかになっていません。　ですから大学生である皆さんが、研究するところは、無限にあります。生命の全体像を明らかにするのは、みなさんです。