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カテゴリー: 分子生物学

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プログレッシブ 生命科学

1版

独立行政法人医薬基盤研究所 理事長 米田悦啓 編集
大阪大学医学部 教授 岡村康司 編集
大阪大学医学部 教授 金井好克 編集
大阪大学医学部 教授  西田幸二 編集

定価

5,280(本体 4,800円 +税10%)


  • B5判  312頁
  • 2014年9月 発行
  • ISBN 978-4-525-13431-0

明瞭かつ革新的な生命科学のテキストが登場! 細胞のなりたちや生命現象のしくみから,iPS細胞や糖尿病治療薬SGLT2阻害薬などの医療・創薬の実臨床につながっている最新の知見について,疾患や病態解明とのかかわりを意識しながらわかりやすく解説.ユビキチン修飾系発見の背景や,分子標的治療薬のトピックスなど,コラムも充実.

  • 序文
  • 目次
序文
 ヒトの個体は,約60兆個の細胞から構成されていると考えられている.単純化するため,1個の細胞の直径を10μmと仮定すると,1人のヒトのすべての細胞を一直線に並べた場合,60万kmになる.これは,地球を15周する距離に匹敵する.一方,細胞の核内には,遺伝情報としてのDNAが折りたたまれているが,1個の核内に存在するDNAの長さは,ヒトの場合,約1.8 mと推測されている.赤血球のように核をもたない細胞も存在するが,60兆個の細胞がすべて核をもつと仮定すると,1人のヒトがもつ全DNAの長さは1000億 kmにもなり,地球と太陽のあいだを300往復する長さに匹敵する.このようにみていくと,「生命」を理解するのは「宇宙」を理解するのと同じような壮大さを実感する.宇宙に関する研究も急速に進展しているが,生命を理解するための学問である生命科学も飛躍的に進歩し,日々,膨大な知見が蓄積している.また,iPS細胞の作製に象徴されるように,これまでの生命科学の基礎的研究成果を活用して,まったく新しい臨床医学への応用を目指す努力も活発に行われるようになってきた.
 このような状況下で,これから生命科学の研究の道に進みたいと考えている若い人たちはもちろん,基礎知識として生命科学の知見を必要とする人たちに,生命科学の基本となる部分を,最新の情報を含めてわかりやすく解説する教科書をつくりたいと考え,本書を企画した.生命の基本単位である細胞とその機能,細胞を構成する分子から,人体の成り立ちまでを解説し,分子レベルから個体レベルまでの幅広い知識を身につけるとともに,オートファジーや再生医療などの最先端のトピックス,イメージングや質量分析などの革新的な技術をも学ぶことができるように,執筆者として,基礎医学,臨床医学の第一線で活躍する研究者を中心に厳選し,疾患やその病態解明を意識した内容を含むよう心がけて執筆いただいた.したがって,本書は,医学部,薬学部,歯学部はもちろんのこと,理学部,工学部など,生命科学系の幅広い分野で教科書として活用していただけるものと確信する.また,各章には,その分野の歴史的背景を理解するためのエピソード,最新のトピックス,将来への展望を盛り込み,単に生命科学の現状を学ぶだけではなく,生命科学の進展を時間の流れに沿って味わってもらえるように工夫した.書名にもあるように,生命科学の「プログレス」を学び,「プログレッシブ(革新的)」な研究を進めてきた生命科学者のたゆまぬ努力に思いを馳せながら学んでもらえれば幸いである.
 最後に,ご多忙のなか,本書の執筆にご尽力くださった多くの研究者の方々に心から御礼申し上げたい.

2014年8月 彩都にて
編者を代表して  米田悦啓
目次
第1章 生命の基本単位:細胞  (岡 正啓 米田悦啓)
1-1 細胞とは
1.真核生物と原核生物
2.細胞の全体像
3.医学・生命科学の基盤となる細胞の理解
4.セントラルドグマ
1-2 細胞のなりたち
1.細胞膜の構造と機能
2.細胞を構成する分子
3.細胞内外のイオン組成
4.細胞膜を介する物質輸送:イオンチャネル,イオンポンプ,受容体
5.細胞骨格
1-3 細胞の多様性
1.ヒトを構成する細胞の多様性
2.各組織の特徴
Perspective  (岡 正啓 米田悦啓)


第2章 DNAとゲノム  (田中亀代次 西條將文)
2-1 DNAとRNA
1.DNAの構造と半保存的複製
2.ゲノムと遺伝子
3.RNAの構造と種類
2-2 クロマチンと染色体
1.クロマチン高次構造と染色体
2.分裂期における染色体
2-3 エピジェネティクスと遺伝子発現
1.エピジェネティクスとは
2.DNAのメチル化とエピジェネティクス
3.エピジェネティクスの異常と疾患
2-4 転写とその制御
2-5 mRNAのプロセシングと核外輸送
2-6 DNA複製,DNA修復と変異
分裂期の過程/細胞の初期化とiPS細胞/ヒストン修飾,クロマチンリモデリングとエピジェネティクス/選択的スプライシング/コーディングRNAとノンコーディングRNA  (田中亀代次 西條將文)
Perspective  (田中亀代次 西條將文)


第3章 タンパク質の構造と機能  (岩井一宏)
3-1 タンパク質の構造
1.タンパク質を構成するアミノ酸
2.タンパク質の形状と一次構造
3.タンパク質の二次構造,三次構造,四次構造
3-2 タンパク質の合成と分解
1.コドン
2.翻訳のアダプター分子:tRNA
3.リボソームにおけるタンパク質の合成
4.タンパク質の合成と抗生物質
3-3 タンパク質の成熟と品質管理
3-4 タンパク質の細胞内コンパートメント間の輸送
1.核,ミトコンドリア,ペルオキシソームへのタンパク質輸送
2.膜コンパートメント間のタンパク質輸送
3-5 タンパク質の機能発現と翻訳後修飾
1.ヘモグロビンの機能発現機構とその制御
2.酵素とその機能制御
3.翻訳後修飾によるタンパク質の機能制御
3-6 創薬への展開
タンパク質の高次構造を決定するさまざまな「力」/βターン/ドメイン構造と機能/tRNAと対応するアミノ酸が正確に結合するメカニズム/ポリリボソーム/熱ショックタンパク質(HSP)/膜貫通タンパク質/タンパク質のリソソームへの輸送/リン酸化の役割の例  (岩井一宏)
Perspective  (岩井一宏)


第4章 オルガネラと疾患
4-1 核  (岡 正啓 米田悦啓)
1.核の基本構造
2.核膜
3.核膜孔
4.核小体
5.核小体以外の核内構造体
6.核内ドメイン
4-2 ミトコンドリア  (石原直忠)
1.ミトコンドリアの構造と機能
2.エネルギー産生と呼吸鎖複合体
3.ミトコンドリアの形成とタンパク質の輸送
4.ミトコンドリアの融合・分裂
4-3 小胞体  (佐藤 健)
1.粗面小胞体と滑面小胞体
2.小胞体膜におけるタンパク質合成と膜透過
3.小胞体品質管理機構と小胞体ストレス応答
4.小胞体と疾患
4-4 ゴルジ体
1.シスゴルジ網
2.ゴルジ層板
3.トランスゴルジ網
4.ゴルジ層板間における物質輸送
5.ゴルジ体と疾患
4-5 ペルオキシソーム  (下澤伸行)
1.ペルオキシソームと疾患
2.タンパク質の細胞内輸送機構とペルオキシソーム形成異常症
3.単独酵素欠損症
4.今後,期待される展開
4-6 リソソーム  (藤本景子 藤田英明 田中嘉孝)
1.リソソームの構造と機能
2.タンパク質分解
3.リソソーム病
4-7 エンドソーム  (藤田英明 藤本景子 田中嘉孝)
1.エンドソームの構造と構成成分
2.エンドソームの種類
3.エンドサイトーシスされたリガンドと受容体の輸送様式
Perspective  (岡 正啓 米田悦啓)


第5章 オートファジーと疾患  (吉森 保)
5-1 オートファジーとは何か
1.オートファジーを担う膜動態
2.オートファジーの生理機能
5-2 オートファジーを駆動・制御するタンパク質:Atg
5-3 オートファジーが関連する疾患
オートファジー関連因子と基本メカニズム  (吉森 保)
Perspective  (吉森 保)


第6章 細胞増殖・運動・死とがん  (菊池 章 松本真司)
6-1 細胞周期と細胞増殖
1.ヒト細胞の増殖
2.成体組織のターンオーバーと再生
3.細胞周期とその過程
4.細胞周期制御因子
5.細胞周期の制御とチェックポイント
6.細胞増殖の異常とがん
6-2 細胞接着と運動
1.細胞骨格タンパク質
2.細胞接着
3.細胞運動と細胞骨格
4.がんの浸潤と転移
6-3 細胞死
1.アポトーシスとネクローシス
2.カスパーゼ
3.細胞死とがん
6-4 細胞間情報伝達と細胞内情報伝達
1.細胞間情報伝達
2.細胞内情報伝達と受容体
3.細胞内情報伝達の基本形
4.セカンドメッセンジャー
5.細胞膜脂質ラフトとカベオラ
Perspective  (菊池 章 松本真司)


第7章 人体のなりたち
7-1 組織と器官  (岡村康司)
1.組織とは,器官とは
2.器官と組織による構築の例
7-2 ホメオスタシス  (山本浩靖 木原進士)
1.ホメオスタシスとは
2.フィードバック回路
3.ホルモン異常と疾患
4.血圧調節にかかわるシステム
7-3 生体リズム
1.秒単位のリズム
 i)心臓のリズム  (松岡 達)
 ii)呼吸のリズム
 iii)消化管の蠕動運動  (高木 都)
2.時間単位のリズム  (犬束 歩 山中章弘)
Perspective  (岡村康司)


第8章 人体と薬物  (金井好克)
8-1 基本原理
1.薬物と生体
2.薬理学におけるものの見方
3.薬物と生体は相互に作用を及ぼしあう
8-2 薬力学
1.薬物には作用する標的がある
2.薬物効果の濃度依存性
3.受容体への結合と薬物作用
4.余剰受容体
5.受容体のtwo-stateモデル
6.薬物作用の生体内での表現
8-3 薬物動態学
1.薬物の体内での動き
2.薬物の細胞膜透過
3.薬物の吸収
4.薬物の生体内での分布
5.薬物の代謝
6.薬物の排泄
7.薬理学を用いた薬物投与設計
ヘンダーソン-ハッセルバルヒ式を用いた薬物吸収の定量的理解/薬物代謝におけるトランスポーターの役割/薬物代謝が薬物作用に与える影響/コンパートメントモデル  (金井好克)
Perspective  (金井好克)


第9章 生殖・発生・遺伝
9-1 精子と卵子  (磯谷綾子 伊川正人)
1.減数分裂
2.遺伝的多様性
3.始原生殖細胞
4.始原生殖細胞の性決定
5.精子の形成
6.卵子の形成
7.ゲノムインプリンティングの消去と獲得
9-2 受精
1.精子の受精能獲得
2.透明帯との結合と先体反応
3.精子と卵子の融合機構
4.性染色体による性の決定と伴性遺伝
5.不妊・不育の原因
9-3 個体発生と遺伝子  (古川貴久)
1.初期発生
2.三胚葉分化
3.前後軸・背腹軸・左右軸による形態形成
4.体節形成
5.発生調節遺伝子:ホメオボックス遺伝子など
6.細胞接着分子
7.増殖因子
8.神経形成
9.頭頸部と視覚器の発生
9-4 遺伝と疾患
1.遺伝子と表現型
2.メンデル遺伝と非メンデル遺伝
3.遺伝的組換え
4.遺伝子の変異と多型
5.染色体異常とトリソミー:ダウン症
6.単一遺伝性疾患:メンデル遺伝病
7.多因子遺伝が病因となる疾患と遺伝素因・環境因子
8.ミトコンドリア遺伝子の変異による疾患
9.エピジェネティクス病
9-5 ヒトゲノムとゲノム解析  (戸田達史)
1.ゲノム
2.ヒトゲノム解析計画
3.ポジショナルクローニング
4.DNA多型とゲノムワイド関連解析
5.DNAマイクロアレイ
6.次世代シークエンサー
セルトリ細胞の血液精巣関門と精子細胞の細胞間架橋/遺伝子ノックアウトマウスからみる受精の分子メカニズム/性決定と性染色体異常  (磯谷綾子 伊川正人)
細胞接着分子とその機能/糖タンパク質  (古川貴久)
Perspective  (戸田達史)


第10章 再 生
10-1 幹細胞  (宮崎純一 宮崎早月)
1.幹細胞とは
2.造血幹細胞
3.生殖幹細胞
4.がん幹細胞
10-2 ES細胞と遺伝子改変マウス
1.ES細胞
2.ES細胞のin vitro分化
3.遺伝子改変マウス
10-3 iPS細胞とリプログラミング  (辻川元一 西田幸二)
1.分化した細胞でも遺伝情報は維持される
2.哺乳類でのリプログラミング
3.遺伝子導入によるリプログラミング:iPS細胞
10-4 再生医療
1.再生医療とは
2.再生医療の臨床応用
3.多能性幹細胞と再生医療
ターゲティングベクターとポジティブ/ネガティブ選択/プラナリアと幹細胞  (宮崎純一 宮崎早月)
Perspective  (辻川元一 西田幸二)


第11章 老 化  (石川冬木)
11-1 テロメア
1.細胞老化
2.細胞老化と個体老化
3.再生組織と非再生組織
4.テロメアとテロメア長の短小化
5.テロメアのDNA末端保護機能
6.がん抑制機構としての細胞老化
7.テロメラーゼ
8.テロメラーゼによるヒト正常体細胞の不死化
11-2 活性酸素種
1.老化のすり切れ仮説
2.呼吸と酸化ストレス
3.フリーラジカルの連鎖反応:ラジカル反応
4.酸化ストレスと老化
11-3 老化関連遺伝子と生体反応
1.老化関連遺伝子
2.早老症
3.インスリン/IGF経路
4.FOXO転写因子
5.サーチュイン
6.カロリー制限
末端複製問題  (石川冬木)
Perspective  (石川冬木)


第12章 脳神経系と疾患
12-1 脳神経系の構造と機能  (島田昌一)
1.中枢神経系
2.末梢神経系
3.脳神経系を構成する細胞とその機能
12-2 神経系のシナプス伝達と可塑性  (木村文隆)
1.化学シナプスと電気シナプス
2.シナプス反応の変化:可塑性との関与
3.スパイクタイミング依存性可塑性と臨界期
12-3 神経系の発生と可塑性  (山本亘彦)
1.層構造
2.シナプス可塑性
3.側枝発芽とシナプス発芽
4.シナプス競合
12-4 神経系の疾患  (高橋正紀)
1.神経疾患の特徴
2.中枢神経疾患
3.末梢神経疾患・筋疾患
4.精神疾患と薬物
大脳基底核が構成する神経回路の例/小脳の神経回路/グルタミン酸受容体とGABA受容体  (島田昌一)
神経伝達物質の素量的(量子的)放出  (木村文隆)
Perspective  (岡村康司)


第13章 感覚と行動
13-1 感覚  (七五三木 聡 佐藤宏道)
1.視覚
2.聴覚
3.体性感覚と身体部位複現地図
13-2 運動と行動  (北澤 茂)
1.運動制御のしくみ
2.行動選択のしくみ
夜盲/網膜色素変性症/眼優位可塑性と臨界期/伝音性難聴,感音性難聴,遺伝性難聴/痛覚,カプサイシン受容体,無痛覚  (七五三木 聡 佐藤宏道)
君もPenfieldになれる!/ブレインマシンインターフェース(BMI)/ラットを操る  (北澤 茂)
Perspective  (岡村康司)


第14章 感 染  (上田啓次)
14-1 感染症とその原因
14-2 ウイルスの感染機構
1.ウイルス感染サイクル(生活環)
2.ウイルスの分類
3.ウイルスの細胞内への侵入
4.ウイルスの感染様式
5.ウイルスの感染と疾患
14-3 細菌の感染機構
1.細菌の分類と構造
2.グラム染色性
3.細菌の個体への侵入と感染の成立
4.細菌感染の様式
ウイルスの個体侵入と伝播/ウイルスゲノム複製における逆転写/人類を脅かすウイルス感染症/内在性ウイルス/ウイルスのさまざまな侵入過程/増加する先天性ウイルス感染症/持続感染:麻疹ウイルスの場合/潜伏感染:ヒトヘルペスウイルスの場合/細菌の特殊構造物/局所性細菌感染症と全身性細菌感染症,病巣感染,菌血症・敗血症  (上田啓次)
Perspective  (上田啓次)


第15章 免 疫  (宮坂昌之)
15-1 免疫反応とは
15-2 自然免疫
1.自然免疫の特徴と異物認識機構
2.自然免疫を媒介する細胞群
15-3 獲得免疫
1.T細胞
2.B細胞
3.リンパ組織
15-4 体内に異物が侵入すると,免疫系はどのようにはたらくのか
1.自然免疫による処理
2.獲得免疫による処理
3.免疫記憶の成立
15-5 アレルギー
1.アレルギーとは
2.アレルギー疾患
15-6 自己免疫疾患
1.全身性自己免疫疾患
2.臓器特異的自己免疫疾患
3.自己免疫疾患の今後について
Toll様受容体の構造と機能/自然免疫を媒介する細胞:好酸球,好塩基球,肥満細胞/抗原提示分子としてのMHCと,ヘルパーT細胞,キラーT細胞/リンパ球がパトロール!/脾臓における免疫反応/リンパ節における細胞の移動/リンパ節における免疫反応/寄生虫の排除機構/免疫記憶の持続度と効果/IgEの産生と機能  (宮坂昌之)
Perspective  (宮坂昌之)


第16章 代謝と生活習慣病  (岩橋博見 今川彰久 金藤秀明 大月道夫 船橋 徹 下村伊一郎)
16-1 生体物質の代謝
1.糖質代謝
2.脂質代謝
3.タンパク質代謝,アミノ酸代謝
4.摂食時,空腹時,運動時における代謝調節
16-2 糖尿病
1.糖尿病とは
2.糖尿病の成因
3.2型糖尿病の病態:インスリン抵抗性とインスリン分泌低下
4.2型糖尿病の発症・進展過程には,脂肪毒性および糖毒性が関与する
5.糖尿病の合併症
16-3高血圧
1.血圧の調節機構
2.高血圧の発症機序
16-4脂質異常症と動脈硬化
1.体内の脂質の量は巧みに調節されている
2.動脈硬化を起こしやすい疾患:コレステロール調節機構の破綻
3.内臓脂肪の蓄積:過栄養によるリポタンパク質調節の破綻
4.コレステロールを引き抜く経路
16-5メタボリックシンドローム
1.メタボリックシンドロームとは
2.内臓脂肪の特性:内臓脂肪量は変化しやすい
3.脂肪組織からはさまざまな生理活性物質が分泌されている:アディポサイトカインの概念
4.善玉アディポサイトカイン:アディポネクチン,レプチン
5.悪玉アディポサイトカイン:PAI-1,TNF-αなど
ペントースリン酸回路とその意義/核酸代謝,ヌクレオチド代謝/1型糖尿病/家族性高コレステロール血症とLDL受容体  (岩橋博見 今川彰久 金藤秀明 大月道夫 船橋 徹 下村伊一郎)
Perspective  (岩橋博見)


第17章 生命科学を支える最先端技術と医学の展望
17-1 細胞イメージング技術:光学イメージング  (石井 優)
1.蛍光顕微鏡による生細胞イメージング
2.種々の蛍光タンパク質と蛍光色素
3.2光子励起顕微鏡による生きた組織・臓器のイメージング
4.1分子イメージング
17-2 個体イメージング技術:核医学イメージング,核磁気共鳴イメージング
1.核医学イメージング:SPECT,PET
2.核磁気共鳴イメージング:MRI
17-3 質量分析  (高島成二)
1.質量分析計とは
2.タンパク質同定のための質量分析
3.個々のタンパク質の分子量はいかに求められたか
4.ヒトゲノム解読計画と質量分析
5.質量分析計の医学・生命科学への応用
6.質量分析計の原理と優れた点
7.質量分析計によるタンパク質の定量
8.質量分析計の可能性
Perspective  (石井 優)


Topics
長鎖ノンコーディングRNA  (田中亀代次 西條將文)
タンパク質の品質管理と疾患  (岩井一宏)
核膜病  (岡 正啓 米田悦啓)
ミトコンドリア病  (石原直忠)
リソソームタンパク質群の転写因子:TFEB  (藤本景子 藤田英明 田中嘉孝)
ユビキチンとエスコート複合体  (藤田英明 藤本景子 田中嘉孝)
オートファゴソーム膜の起源  (吉森 保)
分子標的治療薬  (菊池 章 松本真司)
骨格筋に由来する多様な器官  (岡村康司)
洞不全症候群,チェーン・ストークス呼吸  (松岡 達)
ANO1  (高木 都)
GIST  (高木 都)
新たな作用機序の糖尿病治療薬:SGLT2阻害薬  (金井好克)
生殖補助医療技術(ART)  (磯谷綾子 伊川正人)
次世代シークエンサー  (戸田達史)
多能性幹細胞の臨床応用  (辻川元一 西田幸二)
イオンチャネル異常症  (高橋正紀)
リピート病  (高橋正紀)
食塩感受性高血圧の分子メカニズム  (大月道夫)
アディポネクチンの構造と機能  (下村伊一郎)
蛍光イメージングの臨床応用  (石井 優)


History
細胞説  (岡 正啓 米田悦啓)
DNAの損傷・修復と疾患  (田中亀代次 西條將文)
ユビキチン修飾系の発見  (岩井一宏)
核の発見  (岡 正啓 米田悦啓)
辞職作用の研究? 自食作用の研究です!!  (吉森 保)
細胞増殖・運動・死を制御する因子の発見  (菊池 章 松本真司)
定量性の勝利:血液循環説  (岡村康司)
生体と薬物の相互作用の探索の歴史  (金井好克)
脊椎動物におけるノックアウト体の作製  (辻川元一 西田幸二)
RNAワールドからDNAワールドへ  (石川冬木)
シナプスにおいてどのように電位は伝わるのか:「電気説」と「化学説」  (木村文隆)
ワクチンのはじまり  (宮坂昌之)
グリコーゲン代謝異常と酵素欠損  (岩橋博見)
イメージング技術の進歩  (石井 優)
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