生体高分子計算科学論

生体高分子計算科学論

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物質科学専攻・物質基礎解析学・選択科目
生命科学専攻・生体物質機能解析学・選択科目

理学研究科

1年

HSSML5MCA1

2.0単位

講義 (Lecture)

2024年度後期

(Fall semester)

尾嶋　拓

理学研究科

日本語

目標9

月曜日10：00-12：00
研究棟709号室
授業後30分

メールアドレス
oshima@sci.u-hyogo.ac.jp

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1◎／4〇／6〇

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【講義目的】生物はタンパク質などの生体分子からできており、それらが物理・化学の法則にしたがって働くことで生命活動が営まれている。近年、生命の理解だけでなく、医薬開発のために、計算機を用いたシミュレーションが利用されている。本講義では、分子動力学シミュレーションの基礎・応用を修得することを目的とし、スーパーコンピュータ等を用いた生体分子メカニズムの解明および創薬応用に向けた最新の取り組みについても理解し、その価値を的確に判断できるようになる。

【到達目標】1)生体分子の分子動力学シミュレーションの基礎を理解し、その概要を説明できるようになる。2)計算科学の創薬応用の現状を理解し、その概要を説明できるようになる。3)既存のシミュレーションシステムを使って簡単な分子を対象にしたシミュレーションを実施できるようになる。

キーワード：タンパク質、分子動力学シミュレーション、創薬応用

【講義内容】
本講義では最初に生体分子の基礎知識を理解し、次いで分子動力学シミュレーションの基礎および応用を学ぶ。具体例を通して計算科学の創薬への応用を学ぶ。実際にスーパーコンピュータを用いてタンパク質の分子動力学シミュレーションを実践する。
　　　　　　　　　　　　　　　　
【授業計画】
1.    生体分子の計算科学概要
2.    生体分子の生物物理
3.    分子動力学シミュレーションの基礎（その1）
4.    分子動力学シミュレーションの基礎（その2）
5.    分子動力学シミュレーションの基礎（その3）
6.    分子動力学シミュレーションの基礎（その4）
7.    自由エネルギー計算法（その1）
8.    自由エネルギー計算法（その2）
9.    自由エネルギー計算法（その3）
10.    創薬への応用
11.    スパコンを用いたシミュレーション1（スパコンへのログイン、Linuxの使い方の学習）
12.    スパコンを用いたシミュレーション2（シミュレーションソフトのインストール）
13.    スパコンを用いたシミュレーション3（生体分子システムの準備）
14.    スパコンを用いたシミュレーション4（分子動力学計算の実行）
15.    まとめ

※パソコンの利用：講義後半のスパコン利用時に使用予定。

※生成系AIの利用：
生成系AIの利用については教員の指示に従うこと。生成系AIによる出力結果をそのまま課題レポートとして提出してはいけない。生成系AIによる出力をそのまま提出したことが判明した場合は単位を認定しない、又は認定を取り消すことがある。

なし

岡崎進・吉井範行著：コンピュータ・シミュレーションの基礎（化学同人）
神谷成敏・肥後順一・福西快文・中村春木著：タンパク質計算科学（共立出版）
など

【復習】
講義内容の理解を深め定着させるために配付資料や講義ノートを読み直し（30ｈ）、スーパーコンピュータでのシミュレーションの実施（4回、30ｈ）

採用しない。

【成績評価の基準】
生体分子の計算科学・分子シミュレーションを理解し、活用できる者については、講義目的・到達目標に記載する能力（知識・技能、思考力、判断力、表現力等）の到達度に基づき、S（90点以上）,Ａ（80点以上）,B（70点以上）,C（60点以上）による成績評価のうえ、単位を付与する。

【成績評価の方法】
レポート(100%)を基準として、受講態度（積極的な質問等）を含めて総合的に評価する。

レポート課題は、ユニバーサルパスポートで提示する。クラスプロファイル機能を使って講評を返す。

・スパコンの利用および利用方法の指導の都合上、履修定員を10名程度までとし、履修希望者が定員を超える場合はランダム抽選により履修者を決定する。
・スパコンが利用できない場合は、ノートパソコンでも実行可能なシミュレーションの実施に変更する。
・講義の実施日の連絡、講義資料の公開、質問の受付などはユニバーサルパスポートを利用して行う。
・解析力学、熱力学、統計力学の基礎的な知識を身につけていることが望ましい。
・Linuxの利用経験があることが望ましい。
・生物学に関する知識は特に前提としない。

該当しない。