Theoretical Molecular Biophysics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Philipp O. J. Scherer

出品人:

页数:371

译者:

出版时间:2010-7-13

价格:USD 99.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540856092

丛书系列:

图书标签:

分子生物物理学
理论生物物理学
计算生物物理学
生物分子
分子模拟
统计力学
热力学
蛋白质
核酸
生物物理

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具体描述

"Theoretical Molecular Biophysics" is an advanced study book for students, shortly before or after completing undergraduate studies, in physics, chemistry or biology. It provides the tools for an understanding of elementary processes in biology, such as photosynthesis on a molecular level. A basic knowledge in mechanics, electrostatics, quantum theory and statistical physics is desirable. The reader will be exposed to basic concepts in modern biophysics such as entropic forces, phase separation, potentials of mean force, proton and electron transfer, heterogeneous reactions coherent and incoherent energy transfer as well as molecular motors. Basic concepts such as phase transitions of biopolymers, electrostatics, protonation equilibria, ion transport, radiationless transitions as well as energy- and electron transfer are discussed within the frame of simple models.

现代生物物理学前沿：从原子到系统图书简介本书旨在为读者提供一个跨越经典与现代生物物理学前沿的综合性视角，重点关注当前研究领域中最具活力和影响力的方向。本书的叙述结构旨在引导读者从基础的物理学原理出发，逐步深入到复杂的生物体系，探讨如何利用先进的实验技术和计算模型来解析生命活动的分子机制。本书特别强调跨学科的整合，将物理学、化学、生物学以及工程学的前沿知识融会贯通，勾勒出现代生物物理学在理解生命过程中的关键作用。第一部分：基础构建——从结构到动力学本书的开篇部分聚焦于生物大分子的基本物理化学性质及其在溶液中的行为。我们首先回顾了热力学和统计力学的基本原理，强调其在描述生物分子系统平衡态和非平衡态过程中的不可替代性。随后，深入探讨了结构生物学的核心技术——包括X射线晶体学、冷冻电镜（Cryo-EM）以及核磁共振（NMR）——如何揭示蛋白质、核酸和脂质双层膜的静态结构。本书详细分析了这些技术如何克服空间分辨率的挑战，特别是近年来Cryo-EM在解析大分子复合物和膜蛋白结构方面取得的突破性进展。然而，静态结构信息不足以解释生命过程，因此，我们紧接着将焦点转向分子动力学和时间尺度上的行为。这部分内容涵盖了分子模拟方法，从经典的牛顿力学框架下的分子动力学（MD）模拟，到处理量子效应的密度泛函理论（DFT）计算。重点讨论了如何构建准确的力场（Force Fields）来描述生物体系中的范德华力、静电力和氢键相互作用。此外，本书还介绍了增强采样技术（如Metadynamics和Umbrella Sampling），它们是解析蛋白质折叠、构象变化和分子识别等过程的关键工具。我们通过具体的案例分析，展示了如何利用这些计算工具来理解酶促反应的过渡态和受体-配体结合的能量景观。第二部分：能量转换与分子机器生命活动本质上是能量的有效利用和传递过程。本书的第二部分深入探讨了生物能量学的核心议题，特别是膜电位驱动的能量转换机制。我们详细分析了光合作用中的光捕获复合体和氧化磷酸中的电子传递链。这部分内容结合了飞秒光谱学和时间分辨的吸收/荧光技术，用以追踪电子转移和质子泵送的超快动力学。我们探讨了量子相干性（Quantum Coherence）在初级光合作用中的潜在作用，并讨论了目前对这些能量过程的量子力学描述的局限性与未来方向。此外，本书对分子马达的研究给予了大量篇幅。通过整合生物化学测量和单分子力谱技术（如光镊和原子力显微镜AFM），我们剖析了肌球蛋白、驱动蛋白（Kinesin）和ATP合酶等复杂机器的工作原理。重点在于理解这些分子如何将化学能（如ATP水解）转化为可测量的机械功，以及它们如何协调运动以驱动细胞内的运输和结构变化。我们分析了随机过程理论在描述分子马达步进行为中的应用，并探讨了外部噪声和热涨抑制作对其效率的影响。第三部分：生物界面与复杂系统现代生物物理学越来越关注“界面”——即不同尺度和组分交汇的区域。本书的第三部分将视野扩展到细胞膜和细胞骨架等复杂组装体。我们详细研究了脂质双层膜的流体动力学特性、膜蛋白的插入和重塑过程。利用X射线散射和中子散射技术，本书阐述了如何解析膜内蛋白质的相对运动和膜的相变行为。针对细胞骨架，我们探讨了微管和微丝的动态不稳定性（Dynamic Instability）及其在细胞形态发生和分裂中的作用。这部分结合了活细胞成像技术（如荧光漂白恢复FRAP和光激活定位显微SMLM）与生化动力学模型，以量化这些结构单元的组装速率、解聚速率以及它们与驱动蛋白的耦合效率。最后，本书展望了生物物理学在系统生物学和合成生物学中的应用。我们探讨了如何利用基于物理学的建模方法来理解信号转导通路中的反馈回路和振荡现象。通过对基因调控网络中蛋白质-DNA相互作用的统计力学描述，本书展示了如何将微观的分子事件与宏观的细胞表型联系起来，为设计和构建人工生物系统提供了理论基础。本书的结论部分强调了机器学习和大数据分析在加速新生物物理模型发现中的潜力，指明了未来研究将更加依赖于高通量实验数据与先进计算模型的深度融合。