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出版者:Garland Science

作者:Ron Milo

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:2015-12-7

价格:USD 49.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780815345374

丛书系列:

图书标签:

• 生物
• 科学
• 生物物理
• 生物化学
• 生物-生物数学
• 生物-物理生物学
• 物理
• 细胞生物学
• 定量生物学
• 生物物理学
• 计算生物学
• 细胞动力学
• 细胞结构
• 分子生物学
• 生物医学
• 科学计算
• 数据分析

结构生物学：从原子到生命体的精妙设计 内容简介 本书深入探讨了结构生物学的核心原理、前沿技术及其在理解生命活动复杂性中的关键作用。结构生物学作为连接分子生物学与生物化学的桥梁，致力于解析生物大分子的三维空间构象，揭示其结构如何决定功能，以及结构如何随着时间、环境和相互作用而动态变化。本书旨在为学生、研究人员和对生命奥秘感兴趣的读者提供一个全面且深入的指南，涵盖从基础理论到尖端实验方法的完整知识体系。 第一部分：结构生物学的基石与理论框架 第一章：结构生物学的定义与历史回顾 本章首先界定结构生物学的研究范畴，它关注的是蛋白质、核酸、脂质和碳水化合物等生物聚合物在原子分辨率下的空间排列。随后，追溯了结构生物学的发展历程，从早期的X射线衍射理论建立，到冷冻电镜（Cryo-EM）的革命性突破，以及核磁共振（NMR）在溶液中研究动态结构的应用。重点讨论了“结构决定功能”这一核心哲学思想的演变及其在现代生物学中的地位。 第二章：生物大分子的基本化学与物理性质 深入分析构成生命体的基本分子单元——氨基酸、核苷酸和脂肪酸的化学特性。探讨了范德华力、氢键、疏水相互作用、盐桥（离子键）以及共价键在稳定生物大分子结构中所扮演的角色。详细阐述了蛋白质的四级结构层级（一级、二级、三级和四级结构）的形成机制，特别是α螺旋、β折叠和平面的几何约束。 第三章：热力学与动力学在结构形成中的作用 本章着重于从物理化学角度理解蛋白质折叠和分子组装过程。讨论了吉布斯自由能（ΔG）在驱动蛋白质从无序到有序状态转变中的作用，以及熵（S）和焓（H）的相对贡献。引入了折叠景观（Folding Funnel）的概念，解释了为什么蛋白质能够快速、准确地找到其天然构象，同时探讨了分子伴侣（Chaperones）在协助复杂蛋白质正确折叠中的分子机制。 第二部分：核心实验技术解析 第四章：X射线晶体学：高分辨率的视角 本章全面介绍X射线晶体学的原理和实践。从晶体的生长、衍射理论的基础（布拉格定律），到数据采集、相位问题（Phase Problem）的解决策略（如分子置换法、重原子替换法），以及最终的电子密度图的解析和原子模型的构建。重点讨论了同步辐射光源（Synchrotron Sources）在提高数据质量方面的不可替代性，以及如何利用晶体结构信息推断分子机制。 第五章：冷冻电子显微镜（Cryo-EM）：观察大分子与复合物的革命 Cryo-EM已成为解析大分子和膜蛋白结构的首选技术。本章详细阐述了冷冻制样的技术（快速冷冻技术），图像的采集过程，以及至关重要的三维重建算法（如单颗粒分析SPA）。深入探讨了如何处理低信噪比数据、进行图像分类、进行亚单位解析（Sub-tomogram Averaging）以及实现接近原子分辨率的现代技术（如集成自动聚焦和像素计数）。 第六章：核磁共振波谱学（NMR）：溶液中的动态观察 与晶体学和冷冻电镜相比，NMR提供了在接近生理条件的溶液环境中研究分子结构和动态信息的能力。本章解释了基础的NMR原理，包括化学位移、J耦合和弛豫时间。重点介绍了用于解析蛋白质结构的关键序列实验（如HSQC, HNCA, TOCSY），以及如何通过弛豫测量来量化分子运动和柔性，这对于理解酶催化和信号传导至关重要。 第七章：小角X射线散射（SAXS）与边缘吸收光谱 本章介绍了补充高分辨率方法的低分辨率和中等分辨率技术。SAXS用于在溶液中快速确定大分子或多蛋白复合物的整体轮廓、尺寸和形状，尤其适用于柔性或难以结晶的系统。边缘吸收近边结构（EXAFS）和扩展吸收边结构（XANES）则侧重于分析特定重原子（如金属离子）的局部环境，这对于理解金属酶的活性中心至关重要。 第三部分：结构与功能的整合 第八章：膜蛋白结构解析的挑战与突破 膜蛋白是药物靶点的核心，但其解析极其困难。本章专门探讨了从膜环境中提取、稳定和解析受体、离子通道和转运蛋白的技术策略。讨论了使用脂质立方相（Lipidic Cubic Phase, LCP）和微晶体（Microcrystals）等新技术如何克服传统结晶方法的限制。 第九章：分子机器与多蛋白复合物的组装 生命活动依赖于复杂的大型分子机器（如核糖体、蛋白酶体、病毒颗粒）。本章利用多技术整合（如Cryo-EM与X射线晶体学结合）的案例，展示如何构建这些宏大结构的整体图景，并深入分析它们如何通过协同运动完成高度精确的生化任务。 第十章：计算结构生物学与结构预测 随着实验数据量的爆炸性增长，计算方法变得不可或缺。本章涵盖了分子动力学（MD）模拟，用以观察分子在纳秒到微秒时间尺度上的构象变化。同时，详细讨论了基于同源建模、Threading以及革命性的深度学习方法（如AlphaFold）在从序列预测三维结构方面的最新进展及其局限性。 第十一章：结构生物学在药物设计中的应用 结构信息是理性药物设计（Structure-Based Drug Design, SBDD）的基石。本章探讨如何利用靶点的高分辨率结构来识别结合口袋、进行虚拟筛选、优化先导化合物的亲和力和选择性。讨论了结构生物学如何指导开发针对特定构象（如激活态或失活态）的分子探针。 结论：面向未来的结构生物学 总结结构生物学领域当前面临的挑战（如解析动态过程、非平衡系统的研究）和未来的发展方向，包括单分子成像技术、活体结构分析以及人工智能与结构生物学数据的深度融合，预示着对生命现象更精细、更动态理解的到来。

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我是一名对生物信息学和计算生物学感兴趣的学生，一直觉得细胞生物学知识虽然重要，但缺乏一种量化的视角来指导研究。当我看到《Cell Biology by the Numbers》这本书的书名时，我便迫不及待地想一探究竟。这本书没有让我失望，它用一种全新的视角，将细胞生物学的概念与数学和物理学原理巧妙地结合起来。 我尤其喜欢书中关于细胞骨架动力学的讨论。作者通过计算微管和肌动蛋白丝的生长与解聚速率，以及它们所能产生的张力和运动，让我对细胞形态的维持和细胞运动有了更直观的理解。这些数字的呈现，让我不再只是被动地接受知识，而是开始主动地思考，如何用量化的方法来解决细胞生物学中的问题。这本书为我打开了一扇新的大门，让我看到了学科交叉融合的巨大潜力。

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作为一名对生物科学充满热情的高中生，我一直在寻找一本能够引导我深入学习的书籍。《Cell Biology by the Numbers》这本书，虽然封面看起来朴实，但其内容却让我惊叹不已。它没有像我读过的其他教材那样，仅仅罗列细胞器的名称和功能，而是用一种非常有趣的方式，将细胞的生命活动量化。 书中关于细胞呼吸的章节，让我印象特别深刻。作者计算了每个葡萄糖分子在细胞呼吸过程中可以产生多少ATP，以及线粒体在一个细胞中数量的多少，这些数字让我对细胞能量的生产和消耗有了更直观的认识。我之前只知道细胞需要能量，但这本书让我看到了能量在细胞内部是如何被精确计算和高效利用的。它让我意识到，生命的奥秘不仅仅在于结构，更在于数量和效率。

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作为一名对生命科学充满好奇的研究生，我一直在寻找能够突破传统教科书框架的读物。《Cell Biology by the Numbers》正是这样一本让我眼前一亮的书。它没有止步于描述细胞的“是什么”，而是深入探讨了“有多少”、“多快”以及“为何如此”。我特别欣赏书中关于细胞周期调控的章节，它不仅仅列出了关键的周期蛋白和激酶，更是用量化的方式解释了这些分子是如何协同作用，确保细胞分裂的精确性的。 书中关于DNA复制和修复的定量分析，更是让我感到震撼。那些巨大的数字，比如基因组的大小，DNA聚合酶的速度，以及错误修复的概率，让我真切地感受到生命体在分子层面所面临的巨大挑战，以及进化赋予生命的强大应对机制。这种宏观与微观的结合，通过数字的桥梁，让我对生命体的稳定性和可塑性有了更深的敬畏。这本书不仅仅是一本教科书，更是一本引导读者进行独立思考和科学探索的指南。

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我一直认为，理解生命最关键的在于理解其规模和动态。然而，在许多传统的细胞生物学教材中，这种规模感和动态感往往被模糊化了。《Cell Biology by the Numbers》这本书则以一种极其独特且引人入胜的方式，将这些关键信息量化。书中关于细胞信号转导的分析，让我印象深刻。它不仅仅描述了信号分子如何与受体结合，而是通过计算信号分子在细胞内的浓度变化、受体激活的动力学，以及下游信号级联的放大效应，让我真正理解了细胞是如何在嘈杂的环境中捕捉并响应微弱信号的。 我尤其记得书中对一个简单的信号通路进行数学建模的案例，通过改变输入信号的强度和持续时间，可以预测细胞响应的模式。这种定量预测能力，让我意识到细胞生物学不仅仅是描述现象，更可以发展出精确的预测模型。这本书的价值在于，它将那些看似复杂抽象的生物过程，通过具体的数字和模型，变得清晰可触，激发了我深入研究的兴趣。

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我是一名喜欢追根究底的学生，总是想弄清楚事物背后的原因。《Cell Biology by the Numbers》这本书，恰好满足了我的好奇心。它没有像许多教科书那样，简单地罗列细胞器的名称和功能，而是通过大量的量化分析，揭示了细胞内部运作的精妙和效率。 书中关于细胞信号的传播速度，让我印象尤为深刻。作者计算了信号分子在细胞内扩散的速度，以及信号级联反应的放大效应，这些数字让我对细胞如何快速而准确地响应外界刺激有了全新的认识。我之前只知道细胞可以接收信号，但这本书让我看到了信号传递的量化模型。它让我意识到，生命的复杂性，可以通过精确的数学来解释，并激发了我继续探索的兴趣。

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我是一名对生物学研究领域进行初步探索的学者，一直觉得细胞生物学知识虽然丰富，但往往缺乏一种量化的、可操作的视角。《Cell Biology by the Numbers》这本书，正好填补了我的这一需求。它没有局限于对细胞器结构的描述，而是通过大量的数字计算，展现了细胞内部运作的精妙。 书中关于蛋白质合成的章节，让我印象尤为深刻。作者计算了核糖体的工作速度，mRNA的稳定性，以及氨基酸的可用性，这些数字让我对细胞如何在短时间内合成如此大量的蛋白质有了全新的认识。我之前只是知道蛋白质合成很重要，但这本书让我看到了其背后的定量逻辑。它让我明白，要理解生命，不仅要看“是什么”，更要看“有多少”和“多快”。

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作为一名正在攻读博士学位的生物学家，我一直在寻找一本能够深化我对细胞层面理解的书籍。《Cell Biology by the Numbers》这本书，无疑满足了我的需求，并且超出了我的预期。它并没有简单地罗列细胞器的功能，而是通过大量的量化分析，揭示了细胞内部运作的精妙与高效。 书中关于细胞膜运输的章节，让我深刻理解了离子通道和转运蛋白在维持细胞内稳态中的作用。作者通过计算各种离子跨膜的通量，以及细胞膜电位的变化，让我对细胞作为一个精密的电化学系统有了更深的认识。这些数字的运用，不仅仅是为了说明问题，更是为了引导读者去思考，这些数量级的差异是如何影响细胞的生理活动的。这本书的独特之处在于，它将抽象的生命科学知识，转化为可量化、可计算的科学事实。

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我一直对生物学中的定量分析方法情有独钟，尤其是在细胞生物学这个迷人的领域。当我偶然翻开《Cell Biology by the Numbers》时，我预感这将是一次不同寻常的阅读体验。这本书并没有像我读过的许多同类教材那样，仅仅罗列细胞器的名称、结构和基本功能。相反，它以一种令人耳目一新的方式，将那些抽象的细胞过程具象化，通过严谨的数学模型和令人惊叹的计算，揭示了生命运作背后隐藏的精妙与规律。 我记得书中关于细胞内分子运输的章节，作者并没有仅仅描述囊泡是如何移动的，而是深入探讨了驱动这些运动的能量消耗，扩散与主动运输的效率差异，以及分子马达在其中扮演的角色。通过具体的数字，比如蛋白质的数量、扩散系数、ATP水解速率，我得以窥见细胞内部如同一座繁忙的工厂，每一个过程都有其精确的“预算”和“效率指标”。这种定量的方法，让我对细胞的动态平衡和能量代谢有了前所未有的深刻理解。它不再是枯燥的理论，而是由无数精密计算支撑的、活生生的现实。

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我一直对生命体的微观世界充满好奇，但总觉得缺乏一种量化的视角来把握。直到我遇到了《Cell Biology by the Numbers》，这本书就像一本打开潘多拉魔盒的钥匙，让我看到了细胞生物学中隐藏的惊人数量和动态。书中关于细胞分裂的章节，给我留下了深刻的印象。作者并没有简单地描述细胞分裂的各个时期，而是通过计算DNA复制的时间、染色体分离的精确度，以及细胞质分裂所需的能量，让我真切地感受到生命繁衍的严谨与复杂。 我尤其欣赏书中对于错误率的定量分析。例如，DNA复制中的错误率和修复机制的效率，这些数字让我对生命的稳定性和遗传的忠实度有了更深刻的理解。这本书的价值在于，它将那些我们在宏观世界里难以想象的微观过程，通过具体的数值呈现出来，让我们能够以一种全新的方式去理解生命。

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作为一名对生命科学研究充满好奇的爱好者，我一直在寻找一本能够提供更深层次理解的书籍。《Cell Biology by the Numbers》这本书，给了我前所未有的启发。它并没有满足于描述细胞的结构和功能，而是通过大量的数值分析，揭示了细胞内部运作的精妙与效率。 书中关于细胞凋亡的章节，让我印象深刻。作者计算了凋亡过程中关键酶的活性，以及细胞内容物的释放速率，这些数字让我对细胞在特定条件下如何自我牺牲，以及这个过程的精确性有了更深入的理解。我之前只知道细胞凋亡是生命的一部分，但这本书让我看到了其背后的定量机制。它让我意识到，生命的每一个过程，都蕴含着精确的计算和动态的平衡。

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一本缩减版、百科式“Physical Biology of the Cell” 现代生物化学、生物物理的基本逻辑所在

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