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《21世纪生物学基础课系列实验教材·细胞生物学实验技术》是山东省优秀教学成果一等奖——“细胞生物学教学改革及教书育人的研究与实践”的重要组成部分，也是细胞生物学山东省精品课程的重点建设内容之一。《21世纪生物学基础课系列实验教材·细胞生物学实验技术》包括细胞形态与结构观察技术、细胞化学分析技术、细胞生理学技术、细胞工程技术等模块的31个实验，这些实验既包括了细胞生物学的一些经典实验，又增加了较多的内容新颖、技术先进、教学实用性强的细胞生物学实验，有利于培养学生的综合实验素质和科研能力。
结构生物学导论：分子机器的解析与设计 图书简介 本书旨在为生命科学、生物化学、生物物理学及相关工程学领域的学生、研究人员和专业人士提供一个全面而深入的《结构生物学导论》。本书超越了对宏观生物学现象的描述，直接聚焦于生命活动最核心的微观层面——蛋白质、核酸等生物大分子如何在原子和分子尺度上组织、相互作用并执行其精密功能。我们相信，理解生命过程的本质，必须从解析其结构基础入手。 第一部分：结构生物学的基石与方法论 本部分奠定了结构生物学研究的理论基础和实验技术框架。 第一章：生命的三维蓝图 本章首先概述了生命系统（从细胞器到细胞膜）的组装所依赖的分子结构原理。深入探讨了分子间作用力在维持生物大分子三维构象中的关键作用，包括范德华力、氢键、疏水效应以及静电力。重点阐述了结构与功能之间的基本逻辑关系，强调了“结构决定功能”的中心思想。 第二章：X射线晶体学的原理与实践 作为确定高分辨率分子结构的核心技术，本章详细解析了X射线衍射的基本物理原理。内容涵盖单晶生长技术（如透析法、悬滴法），X射线源的选择与数据收集，以及最为关键的相位问题（相位决定技术，如分子置换法、重原子替换法）的解决策略。此外，我们还讨论了如何从电子密度图解析出原子坐标，并对结构精修和质量评估的标准（如R因子和Ramachandran图分析）进行了详尽的阐述。 第三章：冷冻电子显微镜（Cryo-EM）的革命 Cryo-EM已成为解析大分子复合物和膜蛋白的强大工具。本章系统介绍了低温电子显微镜的工作流程，从样本制备（玻璃化冷冻）到图像采集，再到三维重建的计算流程。特别关注了单颗粒分析（Single Particle Analysis, SPA）中，如何通过大量二维图像的分类和对齐来获得高分辨率三维密度图。同时，对冷冻电镜断层扫描（Cryo-ET）在解析细胞内或原位结构方面的最新进展进行了探讨。 第四章：核磁共振波谱学（NMR）的应用 NMR在研究溶液状态下的动态结构和分子柔性方面具有独特优势。本章详细讲解了弛豫时间、化学位移、耦合常数等核心参数如何反映分子环境。内容覆盖了蛋白质和核酸的序列比对、距离约束的采集（如NOESY实验），以及结构解析和动力学分析的技术。重点区分了高场谱仪在解析大分子体系时的挑战与解决方案。 第五章：计算结构生物学与建模 本章侧重于弥补实验技术的不足。讨论了同源建模（Homology Modeling）的准确性限制和操作流程，以及穿模（Threading）和从头计算（De Novo Modeling）的应用场景。同时，深入分析了分子动力学模拟（MD Simulation）在探索蛋白质折叠路径、药物-靶点相互作用以及评估结构稳定性的重要作用，介绍了不同尺度的力场选择。 第二部分：关键生物分子的结构解析 本部分将结构生物学的原理应用于生命科学中最核心的分子实体。 第六章：蛋白质的折叠、稳定性与域结构 本章探讨了蛋白质一级、二级、三级及四级结构的形成机制。详述了阿尔法螺旋、贝塔折叠等经典二级结构单元的形成驱动力。核心内容包括对折叠组装过程的理解、结构域（Domains）的识别与功能划分，以及通过结构分析预测潜在的失折叠疾病风险。 第七章：酶的催化机制与活性中心 酶是生命活动的主要执行者。本章从结构角度剖析了酶如何通过精确的几何排布和电子效应来降低反应能垒。通过具体案例（如丝氨酸蛋白酶、金属酶），解析活性位点的构象变化、底物识别机制以及过渡态的稳定化策略。 第八章：膜蛋白的结构挑战与解析策略 膜蛋白因其在疏水脂质环境中的特殊性，一直是结构生物学的“硬骨头”。本章专门讨论了膜蛋白的表达与纯化，以及使用环状肽（Lipopetides）、脂质纳米盘（Nanodiscs）和脂质体（Liposomes）作为替代性环境进行结构解析的方法。重点关注G蛋白偶联受体（GPCRs）和离子通道的结构基础。 第九章：核酸结构与基因调控 本章聚焦于DNA和RNA的结构多样性。除了经典的A、B、Z型DNA构象，还深入探讨了RNA的三维结构（如tRNA、rRNA、核酶）及其形成复杂折叠体（如发夹、茎环、假结）的规则。讨论了核酸结构如何直接参与基因表达调控，例如转录因子如何识别特定的DNA序列。 第三部分：分子机器的组装与动态相互作用 本部分着眼于多个分子实体构成的复杂系统，揭示生命体中动态的机器运作。 第十章：分子马达与驱动力 分子马达是生命体内进行能耗做功的典范。本章详细解析了肌球蛋白、驱动蛋白（Kinesin）和ATP合酶等经典分子机器的结构周期。重点分析了能量转换过程——ATP水解的能量如何耦合到结构变化上，从而驱动宏观运动（如肌肉收缩、染色体分离）。 第十一章：信号转导的结构基础 细胞信号通路依赖于蛋白质之间的精确识别和相互作用。本章探讨了信号蛋白如何通过结构域对接、磷酸化修饰来传递信息。详细分析了激酶级联反应的结构开关机制，以及受体蛋白如何通过构象变化将胞外信号转化为胞内反应。 第十二章：病毒装配与宿主识别 病毒是结构生物学研究的理想模型，因为它们以高度对称的结构进行装配。本章分析了病毒衣壳蛋白的自组装原则，以及结构柔性在病毒感染周期中的作用。探讨了病毒如何通过精密的表面结构识别并结合宿主细胞受体。 第十三章：结构生物学的前沿与未来展望 最后，本章展望了该领域未来的发展方向，包括单分子分析技术、利用冷冻电镜解析活体（in situ）结构的能力提升，以及结构信息指导的蛋白质设计和合成生物学应用。强调了结构生物学在新型药物靶点发现和理性药物设计中的不可替代性。 本书力求通过清晰的图示、详尽的实验步骤描述和对经典研究案例的深入剖析，帮助读者建立起从分子细节到生命现象的完整认知框架。它不是对现有实验手册的简单复制，而是对生命结构科学的系统性梳理与深度解读。
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