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生物大分子的动力学分析与应用——生命科学在定量化和信息化研究中的理论核心问题


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生物大分子的动力学分析与应用——生命科学在定量化和信息化研究中的理论核心问题
  • 书号：9787030574367
    作者：沈世镒
  • 外文书名：
  • 装帧：平装
    开本：大16
  • 页数：551
    字数：726000
    语种：zh-Hans
  • 出版社：科学出版社
    出版时间：2018-06-01
  • 所属分类：
  • 定价： ￥198.00元
    售价： ￥156.42元
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生物大分子包括: 糖、脂、蛋白质和核酸，也包括由它们的组合或混合所产生的细胞器、细胞等。其中的动力学是指它们的结构、功能、形成过程、相互作用中的各种问题。
　　本书由三部分，共二十二章组成。其中第一部分是围绕生命科学中的核心内容和多种不同学科有关的基本概念和基本知识，除了对它们作简单介绍外，还有一些发展和推广。在第1章中对有关理论核心问题作重点说明和讨论，有一些新观点的提出值得关注。
　　第二部分是动力学部分，其中包括信息动力学和分子动力学的内容.信息动力学是由观察数据来分析生物分子中的动力学规则，因此是动力学中的反问题。而分子动力学包括溶液中分子运动的动力学、原子与分子相互作用、产生生化反应中的动力学问题。
　　第三部分是应用部分，分别针对几个典型应用问题进行综合研究和讨论。
　　附录，对本书常用的数学公式、符号、物理量名称、量纲及多种不同类型物体的物理尺度作补充说明。
　　本书除了正文之外，还附数据资源，该资源给出一些原始数据、计算分析 结果和彩色图像。请访问科学书店，检索图书名称，在图 书详情页“资源下载”栏目中获取,数据资源名称为“本书光盘”。
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    前言
    第一部分 基本原理和基础知识
    第1章 生命科学概论 3
    1.1 宇宙、地球与生命 3
    1.1.1 宇宙学、宇宙大爆炸说 3
    1.1.2 地球的早期演变 6
    1.1.3 生命的出现和演变 8
    1.1.4 一些重大事件和学说 9
    1.2 理论核心问题 12
    1.2.1 理论核心问题之一: 三大基本要素和它们的尺度指标 12
    1.2.2 不同尺度下的时空观 14
    1.2.3 时空结构中的数学和物理 15
    1.2.4 理论核心问题之二: 不同学科的综合研究 17
    1.2.5 理论核心问题之三: 能量的表达和转化 18
    1.2.6 能量表达的类型 20
    1.3 理论核心问题之四: 选择性原理 22
    1.3.1 宗教和哲学中的讨论 22
    1.3.2 自然科学中的选择性原理 23
    1.3.3 选择性原理中的几个关键特征 24
    1.3.4 选择性原理中存在第四特征的猜想 25
    1.4 信息实在论 27
    1.4.1 信息的含义和特征 27
    1.4.2 信息实在论和关系实在论 28
    1.4.3 不同尺度背景下的科学和哲学 29
    第2章 量子理论概述 31
    2.1 量子力学 31
    2.1.1 从经典力学到量子力学 31
    2.1.2 量子力学的数学模型 33
    2.1.3 量子力学中的一些基本原理 35
    2.1.4 不确定性原理和对它的讨论 37
    2.2 原子结构 38
    2.2.1 氢原子和类氢原子中的电子运动轨道 38
    2.2.2 原子结构的一般理论 41
    2.2.3 原子的光谱理论 44
    2.3 元素结构周期表 45
    2.3.1 元素周期表的排列方式 45
    2.3.2 元素结构一览表 47
    2.3.3 对表 2.3.4中有关参数的分析 48
    2.4 量子物理中的几个特殊问题 50
    2.4.1 粒子在势能场中的运动 50
    2.4.2 几种简单运动的量子特征 51
    2.4.3 二态系统和量子的共振问题 54
    第3章 量子化学和量子场 58
    3.1 化学和量子化学的一些记号 58
    3.1.1 化学键 58
    3.1.2 基团和分子官能团 60
    3.1.3 量子化学的模型和记号 62
    3.2 量子化学中的一些计算问题 64
    3.2.1 氢原子、氢离子和氢分子的量子化学模型概述 64
    3.2.2 有关参数和解的讨论 67
    3.2.3 杂化轨道理论 68
    3.3 量子场简介 70
    3.3.1 量子场的一些基本概念 70
    3.3.2 经典动力场和量子动力场的基本运动方程 73
    3.3.3 经典动力场的量子化 76
    3.3.4 由光子和电磁场所产生的量子场 78
    3.3.5 几个问题的补充说明 81
    第4章 其他动力学问题 83
    4.1 热力学及其基本定律 83
    4.1.1 热力学体系 83
    4.1.2 热力学第一定律 84
    4.1.3 热力学第二、第三定律 86
    4.1.4 统计力学对熵函数的计算 87
    4.2 量子统计物理学概述 89
    4.2.1 粒子系统的量子化 89
    4.2.2 理想气体 91
    4.2.3 其他微观粒子 93
    4.3 几种重要类型的化学反应和电化学 95
    4.3.1 酸碱反应 95
    4.3.2 氧化和氧化还原反应 97
    4.3.3 电化学概述 99
    4.3.4 其他类型的化学反应 100
    4.4 光电、光化和光合作用 101
    4.4.1 太阳能概述 101
    4.4.2 光电和光化作用 104
    4.4.3 光合作用 106
    4.4.4 代谢概述 109
    第5章 分子点线图、分子空间结构和拓扑空间 111
    5.1 分子点线图 111
    5.1.1 点线图的一般定义和性质 111
    5.1.2 分子点线图的表示 115
    5.1.3 分子点线图的组合和分解及它们在化学反应中的表示 117
    5.1.4 分子空间结构的点线图表示 118
    5.2 分子空间结构的几何理论 120
    5.2.1 分子空间结构的参数系 120
    5.2.2 空间四原子点的结构和它们的参数系 122
    5.2.3 多原子点结构的几何分析和它们的参数表达 124
    5.2.4 不稳定参数的计数问题 126
    5.3 坐标系和坐标变换 127
    5.3.1 直角坐标系和它的变换 127
    5.3.2 直角坐标系和极坐标系 129
    5.3.3 欧拉角和旋转变换 131
    5.4 拓扑空间和空间多面体 132
    5.4.1 集合和拓扑空间 132
    5.4.2 多边形和空间多面体 134
    5.4.3 一般线性空间理论和生物大分子的空间结构 136
    第6章 生物大分子的空间结构分析 139
    6.1 总体结构和形态相似性分析 139
    6.1.1 对总体结构的讨论 139
    6.1.2 空间结构的相似性 140
    6.2 生物大分子的空间结构分析-Ⅱ (形态特征的分析) 143
    6.2.1 深度分析和几何计算 143
    6.2.2 其他类型深度的定义和性质 146
    6.2.3 小球滚动法 147
    6.2.4 多面体收缩法 151
    6.3 多面体的拟合理论 153
    6.3.1 多面体拟合的定义和要求 154
    6.3.2 表面的凹、凸的特性指标 155
    6.3.3 生物大分子空间结构讨论和分析的意义 157
    第7章 随机分析 158
    7.1 随机变量和随机系统 158
    7.1.1 随机变量及其分布函数 158
    7.1.2 主成分分析法和随机控制 162
    7.1.3 随机变量的极限性质 163
    7.2 几种重要的随机过程 165
    7.2.1 随机过程概论 165
    7.2.2 独立随机序列 166
    7.2.3 泊松过程 167
    7.2.4 可加过程 169
    7.2.5 对偶过程和首达时间 170
    7.2.6 马氏过程的定义 171
    7.3 布朗运动和更新过程 174
    7.3.1 布朗运动的定义和基本性质 174
    7.3.2 布朗运动的极限性质和其他一些分布性质 176
    7.3.3 布朗运动的函数变换性质 177
    7.3.4 更新过程 178
    7.4 复合随机过程 180
    7.4.1 复合随机过程概述 180
    7.4.2 复合更新过程 181
    7.4.3 基因突变序列 181
    7.4.4 排队过程 183
    7.5 随机微分方程概论 184
    7.5.1 随机积分 (伊藤积分) 和随机微分 (伊藤微分) 184
    7.5.2 随机微分方程的定义和类型 185
    7.5.3 随机微分方程的性质 186
    第8章 随机分析应用和神经网络系统 187
    8.1 朗之万方程及其应用 187
    8.1.1 朗之万方程的定义和求解 187
    8.1.2 关于朗之万方程解中参数的讨论 190
    8.1.3 涨落分析 191
    8.2 随机分析的其他应用 192
    8.2.1 基因的突变和比对的随机模型 193
    8.2.2 基因的突变和比对中的随机过程 194
    8.2.3 基因突变的 A-空间理论和应用 196
    8.3 神经网络系统概论 197
    8.3.1 神经网络系统的一些基本知识 197
    8.3.2 NNS的信息处理过程 199
    8.3.3 ANNS200
    8.4 ANNS中的基本模型和它们的学习算法 202
    8.4.1 感知器的模型和算法 202
    8.4.2 HNNS概述 204
    8.5 其他类型的智能算法的分类 206
    8.5.1 正向和反向的 HNNS206
    8.5.2 EM 算法及其理论分析 208
    8.5.3 EM 算法的实例计算 209
    8.5.4 其他算法和算法的分类 211
    第9章 生物大分子的基本结构 213
    9.1 糖和脂 213
    9.1.1 糖类概论 213
    9.1.2 单糖的结构和类型 214
    9.1.3 脂类概论 216
    9.2 氨基酸和蛋白质概论 218
    9.2.1 氨基酸概论 218
    9.2.2 氨基酸的结构和表示 221
    9.2.3 肽链和蛋白质 224
    9.3 核酸简介 227
    9.3.1 核苷酸的分子结构 227
    9.3.2 DNA的双链结构模型 229
    9.3.3 遗传密码子 231
    9.3.4 染色体 232
    9.4 细胞概论 234
    9.4.1 细胞的类型和结构 234
    9.4.2 细胞器概述 235
    9.4.3 原核细胞和真核细胞的比较 236
    第10章 基因组中的基因识别问题 239
    10.1 生物信息学中的核酸序列 239
    10.1.1 基因组概述 239
    10.1.2 不同类型核酸序列的结构分析 242
    10.1.3 基因组的其他重要功能特征 245
    10.2 基因组和染色体的补充性质 246
    10.2.1 DNA和蛋白质的组合与混合结构 246
    10.2.2 细胞的有丝分裂和 RNA的结构分析 248
    10.3 原核生物基因组的基因识别问题 249
    10.3.1 原核生物的基因识别 249
    10.3.2 ORF序列的定义和生成算法 251
    10.3.3 对基因识别问题的讨论 252
    第二部分 信息动力学和分子动力学
    第11章 ID概论和一级结构的ID分析 257
    11.1 ID概论 257
    11.1.1 数据库的类型和特征 257
    11.1.2 ID的基本方法之一: 信息统计法 259
    11.1.3 ID的基本方法之二: 组合分析法 262
    11.1.4 一级结构的词法和句法分析 263
    11.2 蛋白质一级结构的ID分析 266
    11.2.1 蛋白质一级结构数据库的选择和特征数的计算 266
    11.2.2 蛋白质一级结构的ID运动方程 268
    11.2.3 IDF的频谱分析 271
    11.2.4 有关频谱分析的讨论和思考 273
    11.3 基因组的ID分析 (信息统计法) 274
    11.3.1 概论 274
    11.3.2 IDF的计算结果和分析 276
    11.3.3 由基因组IDF所产生的词和词法分析 279
    11.3.4 基因组ID分析的组合分析法 281
    11.4 原核生物的基因识别问题 284
    11.4.1 CDS和 ORF序列的数据结构 285
    11.4.2 原核生物的基因识别计算 286
    11.4.3 基因识别的IDF法 288
    第12章 蛋白质的三维结构分析 290
    12.1 氨基酸的空间结构分析 290
    12.1.1 氨基酸的空间结构模型 290
    12.1.2 花盆和花架空间结构的参数分析 292
    12.1.3 氨基酸花枝 (侧链) 的空间结构特征分析 295
    12.1.4 氨基酸空间结构的其他计算方法 298
    12.2 蛋白质主链的三维结构ID分析 300
    12.2.1 蛋白质的主链结构 300
    12.2.2 三角形拼接带中的一些其他性质 303
    12.2.3 中位点曲线的一般性质 306
    12.3 中位点曲线和蛋白质二级结构分析 309
    12.3.1 在二级结构分析中的一般分析 309
    12.3.2 对螺旋结构的分析 310
    12.3.3 对折叠结构的分析 312
    12.3.4 中位点曲线的应用 316
    12.3.5 其他二级结构类型和性质 320
    12.3.6 二肽的折叠系数 322
    第13章 蛋白质的空间形态的ID分析 326
    13.1 蛋白质的空间形态的ID分析方法 326
    13.1.1 有关蛋白质的总体结构和相似性指标的计算 326
    13.1.2 深度计算结果 327
    13.1.3 深度倾向性因子 329
    13.1.4 深度倾向性因子的拟合和预测 331
    13.2 蛋白质形态特征的实例分析 335
    13.2.1 蛋白质总体形态特征参数的实例分析 335
    13.2.2 利用小球滚动法对蛋白质空间结构特征的分析 340
    13.2.3 多面体拟合和多面体收缩法的实例分析 341
    13.2.4 关于多面体的拟合问题 343
    第14章 核酸序列的空间结构分析 345
    14.1 RNA的二级结构预测和空间结构分析 345
    14.1.1 RNA概述 345
    14.1.2 二级结构的动力学分析 347
    14.1.3 RNA二级结构的性质和预测算法 348
    14.2 核酸的空间结构 351
    14.2.1 核酸序列分析概论 351
    14.2.2 分子官能团 [OCCCOP] 的空间结构分析 353
    14.2.3 核苷酸的其他空间结构分析 355
    14.3 组蛋白的空间结构分析 357
    14.3.1 DNA的单链结构分析 357
    14.3.2 DNA双链的空间结构分析 360
    14.3.3 混合结构分析 362
    第15章 键动力学 364
    15.1 键的分析 364
    15.1.1 键的类型 364
    15.1.2 键的作用 366
    15.1.3 生物大分子中键的类型分析 367
    15.2 对生物大分子中非固定键的搜索和分析 368
    15.2.1 不同类型键的搜索和分析 368
    15.2.2 不同分子的动力学倾向性因子 372
    15.3 蛋白质分子结构的讨论 375
    15.3.1 问题的由来 376
    15.3.2 产生一些特殊肽链的可能性 377
    15.3.3 有关蛋白质结构的讨论 378
    第16章 生物大分子的空间结构形成和预测 380
    16.1 空间结构形成中的基本原理 380
    16.1.1 Anfinsen原理 380
    16.1.2 生物大分子A在水溶液中的随机运动 381
    16.1.3 分子聚合团说 382
    16.1.4 二级结构的预测问题 383
    16.2 三维结构预测的随机模拟算法 385
    16.2.1 三维结构的随机运动模型 385
    16.2.2 二级结构的空间坐标 386
    16.2.3 三维空间结构的随机运动模型 388
    16.3 关于复杂度和算法理论的讨论 390
    16.3.1 复杂度问题 390
    16.3.2 RNA的空间结构预测问题 391
    16.3.3 模拟退火算法 392
    第17章 其他动力学的分析 394
    17.1 水和水溶液中分子的动力学分析 394
    17.1.1 水和水分子的基本特征和参数 394
    17.1.2 分子碰撞的动力学分析 395
    17.1.3 布朗粒子的动力学特征 397
    17.2 水溶液中的分子动力学 399
    17.2.1 分子碰撞的动力学因素 399
    17.2.2 关于碰撞次数的估计 400
    17.2.3 碰撞中的动力学模型 401
    17.2.4 其他运动特征的计算和分析 404
    17.3 生化反应中的能量问题 407
    17.3.1 热力学中的能量指标 407
    17.3.2 可逆反应和化学平衡 409
    17.3.3 一些重要生化反应的动力学分析 409
    17.4 分子的振动理论 411
    17.4.1 概论 411
    17.4.2 二原子分子振动的计算 412
    17.4.3 分子振动的测量 414
    第三部分 动力学分析的应用
    第18章 神经网络系统 (NNS) 和智能计算 419
    18.1 神经元的基本特征 419
    18.1.1 离子和离子的类型 419
    18.1.2 细胞膜的结构特征 420
    18.1.3 跨膜蛋白的实例分析 421
    18.1.4 神经元的状态运动 423
    18.2 NNS和它的子系统 425
    18.2.1 子系统的类型 425
    18.2.2 初级感知器 427
    18.2.3 不同子系统的关系结构图 429
    18.2.4 NNS中的其他特征 430
    18.2.5 高级子系统的实例分析 432
    18.3 神经元状态的随机分析 434
    18.3.1 随机分析中的有关参数 434
    18.3.2 确定神经元运动状态的随机模型 434
    18.3.3 神经元中的电位、电流的随机过程 436
    18.3.4 神经元电位、电流变化的示意图 436
    第19章 NNS和智能计算中的若干理论问题 439
    19.1 玻尔兹曼机和它的学习理论 439
    19.1.1 智能计算概论 439
    19.1.2 玻尔兹曼机 (以下简记 B-机) 的运动模型 440
    19.1.3 B-机的学习理论 442
    19.1.4 研究 B-机的意义 444
    19.2 人、机的竞争和博弈 445
    19.2.1 指标分析 445
    19.2.2 神经科学研究中的一些问题 447
    19.2.3 和信息科学理论的结合 448
    19.2.4 智能计算的未来目标 450
    19.3 Alignment空间 (A-空间) 中的广义纠错码 450
    19.3.1 A-空间和广义纠错码 450
    19.3.2 广义纠错码的编、译码算法 453
    19.4 广义纠错码在生物智能计算中的应用 454
    19.4.1 DNA计算和 HPP问题 454
    19.4.2 HPP的 DNA操作 455
    19.4.3 广义纠错码的应用 457
    第20章 酶和酶动力学 458
    20.1 蛋白质的补充性质 458
    20.1.1 蛋白质的类型 458
    20.1.2 蛋白质的活性中心 460
    20.1.3 血红蛋白简介 461
    20.2 酶学概论 464
    20.2.1 酶的发现和特性 464
    20.2.2 酶的命名分类 466
    20.2.3 按作用对象的分类 467
    20.2.4 酶学杂谈 469
    20.2.5 酶的实例分析 470
    20.3 酶催化效率的动力学分析 472
    20.3.1 酶的催化原理 472
    20.3.2 酶催化反应的动力学方程 473
    20.3.3 酶动力学的微观分析 476
    20.3.4 酶动力学中的分子振动分析 477
    20.4 酶的应用和酶工程学概述 479
    20.4.1 酶的工业生产 479
    20.4.2 酶的应用 481
    20.4.3 酶在一些前沿科学研究中的应用 482
    第21章 免疫系统和病毒 484
    21.1 免疫系统概述 484
    21.1.1 子系统和它们的类型 484
    21.1.2 免疫分子和免疫细胞 485
    21.1.3 免疫球蛋白的空间结构 487
    21.1.4 对免疫功能的分析 488
    21.2 病毒概述 489
    21.2.1 病毒的结构和类型 490
    21.2.2 病毒的传播和入侵 491
    21.2.3 病毒的变异和分析 492
    21.3 病毒变异的实例分析 493
    21.3.1 对SARS病毒的分析 493
    21.3.2 拓扑网络图的正交分解理论 495
    21.3.3 HIV-II基因组的突变分析 496
    21.3.4 HIV-II基因组的拓扑网络结构图和分析 497
    第22章 对第三代生物能源的可行性分析 500
    22.1 关于生物能源的讨论 500
    22.1.1 能源问题概论 500
    22.1.2 第三代生物能源 501
    22.1.3 可行性问题的探讨 502
    22.2 技术路线图 503
    22.2.1 理论分析 504
    22.2.2 关于水解酶的搜索 504
    22.2.3 其他类型的反应 505
    22.3 从科学幻想到科学奇迹 507
    22.3.1 由信息论和信息科学发展所得到的启示 507
    22.3.2 生命科学和智能计算的结合 507
    22.3.3 生命科学和生物能源的结合 508
    第四部分 附录
    附录一 重要符号的说明 511
    A.1 不同类型符号的说明 511
    A.1.1 英文大、小写字母的表示 511
    A.1.2 希腊字母的表示 512
    A.1.3 字母与数字的联用表示 513
    A.2 有关数学公式的表示 515
    A.2.1 r.v的 p.d与特征数 515
    A.2.2 一些数学公式与符号 517
    A.2.3 空间多面体与图的记号 517
    A.3 常见的物理量记号、量纲与度量单位 518
    A.3.1 物理量的量纲和单位 518
    A.3.2 量子物理中的一些记号 519
    附录二 重要参数与度量指标 521
    B.1 基本常数、参数与单位 521
    B.1.1 基本常数与 SI 词头 521
    B.1.2 能量单位与换算表 522
    B.2 尺度指标 524
    B.2.1 大小、能量与数量的尺度指标 524
    B.2.2 大小、能量与数量尺度的其他表示法 525
    B.2.3 时间与能量尺度 527
    B.3 一些特殊的指标尺度 530
    B.3.1 水与水溶液中的一些尺度指标 530
    B.3.2 与病毒、细胞有关的尺度指标 531
    B.3.3 与生物能有关的数据 533
    B.4 有关细胞与NNS中的一些数据信息 534
    B.4.1 细胞膜的有关数据信息 535
    B.4.2 人体初级感知器中的有关数据信息 536
    B.4.3 一些有趣的尺度数据 537
    参考文献 539
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