-
細胞的物理生物學
鎖定
- 中文名
- 細胞的物理生物學
- 作 者
-
[美]R. 菲利普斯
[美]J. 康德夫
[美]J. 塞里奧特 - 類 別
- 理論專著
- 原作品
- Physical Biology of the Cell
- 譯 者
- 塗展春, 王伯林 等
- 出版社
- 科學出版社
- 出版時間
- 2012年03月
- 頁 數
- 771 頁
- 定 價
- 158.00
- 開 本
- 16 開
- 裝 幀
- 平裝
- ISBN
- 978-7-03-033516-6
細胞的物理生物學內容提要
本書從物理生物學的角度將物理原理相似的生物學問題放在一起統一處理，探討如何將物理和數學的工具和觀念應用於分子和細胞生物學的研究，講述如何針對細胞生物學中典型的實例和實驗建立簡單而實用的物理模型，從而表明由基本物理原理導出的定量模型可以深刻而直觀地理解細胞生物學和生命現象的深層規律。
[1-2]
細胞的物理生物學圖書目錄
《新生物學叢書》叢書序
中譯本序
前言
致謝
第一篇生物系統的基礎知識
1生物學定量模型 3
1.1細胞物理生物學 3
1.2生命的要素 4
1.3生物學建模 9
1.3.1理想模型 9
1.3.2卡通圖和模型 14
1.4定量模型及理想化方法 18
1.4.1物質的類彈難質 18
1.4.2基本物理模型 20
1.4.3估算的作用 20
1.4.4關於出錯 22
1.4.5生物學中的經驗數據 23
1.5總結 24
1.6延伸閲讀 25
1.7參考文獻 26
2細胞和生物體的空間尺度和構造方案 27
2.1剖析大腸桿菌 27
2.1.1細菌標尺 28
2.1.2胞內分子普査 30
2.1.3考察細胞內部 35
2.1.4大腸桿菌的尺度 36
2.2細胞及其內部結構 38
2.2.1細胞形態和功能的多樣性 38
2.2.2細胞器 44
2.2.3高分子組裝體 47
2.2.4病毒組裝體 50
2.2.5細胞的分子構造 53
2.3多細胞層次的結構和功能 57
2.3.1多細胞羣體 57
2.3.2組織和神經網絡的細胞結構 61
2.3.3多細胞生物 64
2.4總結 68
2.5課後習題 68
2.6延伸閲讀 69
2.7參考文獻 70
3生命系統的時間尺度 72
3.1時間尺度的層級性 72
3.1.1生物過程概述 73
3.1.2進化的時間尺度 78
3.1.3細胞週期與標準時鍾 82
3.1.4從三個角度看生物學時間 84
3.2程序時間 85
3.2.1執行中心法則的機器和時間過程 85
3.2.2生物鐘和振盪器 88
3.3相對時間 93
3.3.1檢查點與細胞週期 93
3.3.2度量相對時間 95
3.3.3病毒的生命週期 97
3.3.4發育過程 100
3.4操控時間 102
3.4.1化學動力學和酶翻轉速率 102
3.4.2突破擴散速度限制 103
3.4.3突破複製極限 107
3.4.4假死 108
3.5總結 109
3.6課後習題 109
3.7延伸閲讀 111
3.8參考文獻 111
4模式系統 113
4.1模式系統的選擇 113
4.2血紅蛋白 117
4.2.1受體-配體結合 117
4.2.2結構生物學的起源 120
4.2.3疾病的分子模型 121
4.2.4協同性和別構效應 121
4.3噬菌體 122
4.3.1分子生物學的興起 122
4.3.2現代生物物理學的興起 127
4.4大腸桿菌 128
4.4.1細菌和分子生物學 128
4.4.2大腸桿菌和中心法則 129
4.4.3乳糖操縱子和基因調控 131
4.4.4細菌的趨化性 132
4.5酵母 134
4.5.1生物化學的崛起 134
4.5.2細胞週期 135
4.5.3酵母和極性 136
4.5.4膜被結構的穿梭 137
4.5.5基因組學和蛋白質組學 138
4.6果蠅 141
4.6.1現代遺傳學的興起 141
4.6.2果姆與發育 142
4.7小鼠和人 144
4.8特型綠 145
4.8.1特型細胞 145
4.8.2烏賊巨型軸突和生物電 146
4.8.3特殊試劑 148
4.9總結 149
4.10課後習題 149
4.11延伸閲讀 151
4.12參考文獻 152
第二篇從平衡態角度理解生命
5活細胞中的力學和化學平衡 157
5.1能量和細胞生命活動 157
5.1.1確定性力和熱運動力 158
5.1.2細胞的物質和能量預算 160
5.2從自由能極小化角度理解生物系統 168
5.2.1平衡態模型用於偏離平衡的系統 168
5.2.2“平衡態”蛋白質 169
5.2.3“平衡態”細胞 171
5.2.4從極小化的角度看待力學平衡 172
5.3極值數學 175
5.3.1函數和泛函 175
5.3.2極值計算 177
5.4構型能 179
5.5自由能極小狀態對應的結構 184
5.5.1熵和疏水性 187
5.5.2最大熵與平衡態計算 189
5.5.3從競爭角度看結構 192
5.5.4自由能反映了能量和熵之間的競爭 193
5.6總結 194
5.7附錄：歐拉-拉格朗日方程 194
5.8課後習題 196
5.9延伸閲讀 198
5.10參考文獻 198
6統計力學基礎與簡單應用 200
6.1玻爾茲曼分佈 200
6.1.1配體-受體結合初探 204
6.1.3玻爾茲曼分佈的經典推導 211
6.1.4玻爾茲曼分佈的計數推導 214
6.1.5玻爾茲曼分佈的最大熵推導 216
6.2無相互作用的理想模型 221
6.2.1氣體分子的平均能量 222
6.2.2稀溶液的自由能 223
6.2.3滲透壓是熵彈性的一種表現形式 225
6.3質量作用定律 229
6.4平衡態演算的應用 232
6.4.1配體-受體結合再探 232
6.4.2配體-受體結合的測量 233
6.4.3希爾函數 234
6.4.4ATP水解自由能 235
6.5總結 237
6.6課後習題 237
6.7延伸閲讀 238
6.8參考文獻 239
7二態系統 240
7.1多態的高分子 240
7.1.1內部態變量 240
7.1.2離子通道 242
7.2受體-配體結合的態變量描述 246
7.2.1吉布斯分佈 246
7.2.2回顧簡單的受體-配體結合問題 248
7.2.3磷酸化 250
7.2.4協同作用 252
7.3總結 260
7.4課後習題 261
7.5延伸閲讀 262
7.6參考文獻 262
8無規行走和高分子結構 263
8.1高分子結構的確定性和統計性描述 263
8.2用無規行走描述高分子 264
8.2.1數學處理 265
8.2.2基因組的尺寸 271
8.2.3染色體地理學 273
8.2.4DNA 成環 285
8.2.5PCR、DNA 解鏈和 DNA 泡 288
8.3單肝力學的新世界 291
8.3.1力-伸長曲線 293
8.3.2解釋力-伸長曲線的無規行走模型 293
8.4通過無規行走理解蛋白質摺疊 297
8.4.1緊緻無規行走和蛋白質的尺寸 298
8.4.2疏水和親水殘基 299
8.4.3蛋白質摺疊的HP模型 301
8.5總結 304
8.6課後習題 304
8.7延伸閲讀 306
8.8參考文獻 307
9鹽溶液的靜電學 308
9.1水是生命的以太 308
9.2水的化學 309
9.2.1pH與平衡常數 309
9.2.2DNA與蛋白質上的電荷 311
9.2.3鹽與結合 312
9.3鹽溶液的靜電學 313
9.3.1靜電學人門 313
9.3.2帶電蛋白質 322
9.3.3屏蔽效應 323
9.3.4泊松-玻爾茲曼方程 326
9.3.5將病毒視為帶電球 329
9.4總結 332
9.5課後習題 332
9.6延伸閲讀 335
9.7參考文獻 336
10彈性梁理論及其生物學應用 337
10.1細胞中存在大量的梁結構 337
10.2梁變形的幾何和能量 338
10.2.1拉伸、彎曲和扭轉 338
10.2.2駐留長度 342
10.2.3蟲鏈模型 345
10.3轉錄調控的力學 346
10.3.1乳糖操縱子和其他成環系統 347
10.3.2DNA成環的能量 348
10.3.3J 因子 348
10.4DNA 的包裝 350
10.4.1病毒DNA的包裝問題 352
10.4.2核小體的構造 358
10.4.3在平衡態下核小體DNA的可及性 360
10.5細胞骨架彈性梁理論 364
10.5.1細胞骨架分類 365
10.5.2細胞骨架纖絲的剛度 367
10.5.3細胞骨架的屈曲 369
10.5.4屈曲力的估算 370
10.6梁與生物技術 372
10.7總結 375
10.8附錄：蟲鏈模型的數學 375
10.9課後習題 377
10.10延伸閲讀 380
10.11參考文獻 381
11 生物膜的彈性 382
11.1生物膜的性質 382
11.1.1細胞和膜 382
11.1.2脂質分子的化學和形狀 386
11.1.3膜的活性 389
11.2膜的彈性 392
11.2.1膜的幾何 393
11.2.2膜的變形自由能 397
11.3囊泡的結構、能量和功能 400
11.3.1膜的剛度測量 400
11.3.2膜管 402
11.3.3細胞內的囊泡 405
11.3.4融合和分裂 410
11.4膜及其形狀 410
11.4.1細胞器的形狀 411
11.4.2細胞的形狀 414
11.5活性膜 415
11.5.1力敏感性離子通道和膜的彈性 415
11.5.2蛋白質導致膜的彈性變形 416
11.5.3力敏感性離子通道的一維解 418
11.6總結 423
11.7課後習題 423
11.8延伸閲讀 426
11.9參考文獻 427
第三篇從動力學角度理解生命
12流體力學 431
12.1水的地位 431
12.2水和其他流體的動力學 431
12.2.1水是連續介質 431
12.2.2牛頓流體 432
12.2.3流體中的牛頓第二定律 433
12.2.4納維者托克斯方程 437
12.3血液流體動力學 437
12.4低雷諾數的世界 441
12.4.1斯托克斯流 441
12.4.2單分子實驗中的斯托克斯阻力 443
12.4.3耗散的時間尺度和雷諾數 445
12.4.4細菌的遊動 446
12.4.5離心和沉降 448
12.5總結 450
12.6課後習題 450
12.7延伸閲讀 452
12.8參考文獻 453
13擴散 454
13.1胞內的擴散運動 454
13.1.1主動與被動運輸 455
13.1.2以擴散時間度量生物距離 456
13.1.3回顧無規行走 459
13.2濃度場與擴散動力學 459
13.2.1對微觀軌跡求和導出擴散方程 463
13.2.2擴散方程的解與性質 467
13.2.3FRAP和FCS 469
13.2.4斯莫魯霍夫斯基方程 472
13.2.5愛因斯坦關係 473
13.3擴散理論的簡單生物學應用 474
13.3.1信號分子俘獲問題 476
13.3.2擴散限速化學反應的“普適”速率 478
13.4總結 479
13.5課後習題 479
13.6延伸閲讀 480
13.7參考文獻 481
14無序與擁擠環境中的生命 482
14.1擁擠、連鎖和糾纏 482
14.1.1細胞內的擁擠程度 483
14.1.2高分子網絡 483
14.1.3膜上的擁擠程度 485
14.1.4擁擠導致的後果 485
14.2擁擠環境中的平衡 488
14.2.1擁擠與結合 488
14.2.2擁擠溶液中的滲透壓 492
14.2.3排空力 493
14.2.4聚合物的排斥體積效應 498
14.3擁擠動力學 501
14.3.1擁擠與反應速率 501
14.3.2擁擠環境中的擴散 502
14.4總結 504
14.5課後習題 504
14.6延伸閲讀 506
14.7參考文獻 506
15速率方程與胞內的動力學 508
15.1生物統計動力學初探 508
15.1.1細胞類似化工廠 508
15.1.2細胞骨架動力學 509
15.2生物動力學的化學圖像 513
15.2.1速率方程範例 513
15.2.2降解反應 514
15.2.3針對軌跡的統計力學 516
15.2.4雙反應 520
15.2.5離子通道的動力學 523
15.2.6快速平衡 526
15.2.7米-曼酶動力學 531
15.3細胞骨架的動態構建 533
15.3.1真核生物的細胞骨架 533
15.3.2細菌細胞骨架的奇妙案例 535
15.4細胞骨架聚合生長的簡單模型 537
15.4.1平衡態的聚合物 538
15.4.2細胞骨架聚合的速率方程描述 543
15.4.3骨架聚合伴隨核苷酸水解 548
15.4.4動態不穩定性 550
15.5總結 553
15.6課後習題 554
15.7延伸閲讀 555
15.8參考文獻 556
16分子馬達動力學 557
16.1分子馬達簡介 557
16.1.1線動馬達 559
16.1.2轉動馬達 567
16.1.3聚合馬達 569
16.1.4易位馬達 570
16.2整流的布朗運動 572
16.2.1無規行走 573
16.2.2單態模型 574
16.2.3從自由能角度考慮馬達步進 581
16.2.4兩態模型 584
16.2.5更一般的馬達模型 589
16.2.6多馬達的協調運動 591
16.2.7轉動馬達 593
16.3聚合和易位也是馬達運動 595
16.3.1聚合棘輪 595
16.3.2聚合力 602
16.3.3易位棘輪 605
16.4總結 608
16.5課後習題 608
16.6延伸閲讀 610
16.7參考文獻 611
17生物電和霍奇金-赫胥黎模型 613
17.1電在細胞中的角色 613
17.2細胞的電荷狀態 614
17.2.1細胞及細胞膜的電荷狀態 614
17.2.2電化學平衡和能斯特方程 614
17.3膜的通透性 616
17.3.1離子通道和膜的通透性 618
17.3.2維持非平衡電荷狀態 621
17.4動作電位 623
17.4.1膜的去極化 623
17.4.2電纜方程 632
17.4.3去極化波 634
17.4.4衝動 636
17.4.5霍奇金-赫胥黎模型和跨膜輸運 638
17.5總結 640
17.6課後習題 640
17.7延伸閲讀 641
17.8參考文獻 642
第四篇從信息的角度理解生命
18序列、特異性和進化 645
18.1生物信息 645
18.1.1為什麼關注序列 646
18.1.2基因組和序列的簡單數量特徵 647
18.2序列聯配和同源性 648
18.2.1 HP模型作為生物信息學的粗粒化模型 652
18.2.2為聯配打分 653
18.3序列與進化 662
18.3.1血紅蛋白作為序列聯配的研究實例 663
18.3.2進化和抗藥性 665
18.3.3病毒的進化 668
18.3.4進化樹 669
18.4保真度酸子基礎 671
18.5總結 677
18.6課後習題 677
18.7延伸閲讀 680
18.8參考文獻 681
19 網絡的時空組織 683
19.1細胞中的化學和信息組織 683
19.2基因網絡 688
19.2.1調控的分子實現 688
19.2.2招募和驅逐的數學表達 691
19.2.3轉錄調控中的結合能和平衡常數 697
19.2.4正負雙向調控的簡單統計力學模型 698
19.2.5乳糖操縱子 700
19.3調控動力 706
19.3.1RNA聚合酶和啓動子的動力學 706
19.3.2基因開關 707
19.3.3基因網絡的振盪 712
19.3.4反應一擴散模型 717
19.4信號轉導 718
19.4.1細菌的趨化性 718
19.4.2系鏈上的生物化學 722
19.5總結 726
19.6附錄：基因開關的穩定性分析 727
19.7課後習題 728
19.8延伸閲讀 730
19.9參考文獻 731
20面向未來的物理生物學 733
20.1定量數據需要定量模型 733
20.2正確對待出錯 735
20.3量級生物學與計算模擬 736
20.4理論上的困難 737
20.5讀者的任務 741
20.6延伸閲讀 741
20.7參考文獻 742
索引 743
