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第1章 分子生物物理学 1

1.1 蛋白质分子的结构 1

1.1.1 氨基酸的结构 2

1.1.2 多肽链 4

1.1.3 蛋白质肽键的构象 5

1.1.4 蛋白质二级结构 6

1.1.5 蛋白质超二级结构 8

1.1.6 蛋白质高级结构 9

1.1.7 蛋白质变性和复性 10

1.1.8 蛋白质工程 11

1.2 核酸分子的结构 12

1.2.1 核苷酸的结构 12

1.2.2 DNA二级结构 14

1.2.3 DNA三级结构 16

1.2.4 RNA的分子结构 16

1.3 核酸和蛋白质的相互作用 18

1.4 分子动力学 21

1.4.1 分子动力学基础 21

1.4.2 势能函数 22

1.4.3 自由能计算 23

1.4.4 分子模拟软件简介 24

习题 25

参考文献 25

第2章 自由基生物学 26

2.1 自由基的基本性质 26

2.1.1 自由基的生成反应 27

2.1.2 自由基的化学反应 28

2.1.3 自由基的类型 29

2.2 活性氧 30

2.2.1 体内活性氧的类型 30

2.2.2 生物系统中产生的活性氧 32

2.2.3 体内自由基的清除 34

2.2.4 自由基对人体的伤害 35

2.3 自由基与癌症 36

2.3.1 肿瘤发生的多阶段假说 36

2.3.2 自由基对生物大分子的促癌作用 37

2.3.3 抗癌药物及其作用机理 37

2.3.4 通过减轻氧化胁迫防癌 39

2.4 自由基与衰老的分子机制 39

2.4.1 氧化性损伤学说 40

2.4.2 端粒酶长度决定的衰老学说 41

2.4.3 抗衰老的有效措施 41

2.5 一氧化氮自由基（NO） 43

2.5.1 NO的基本性质 43

2.5.2 NO在人体中的作用 44

2.6 自由基的实验方法 44

2.6.1 电子自旋共振（ESR）技术 44

2.6.2 自旋捕集技术 46

2.6.3 化学发光分析法 47

2.6.4 脉冲辐解法 48

2.6.5 自由基清除酶系的检测 49

习题 50

参考文献 50

第3章 分子马达 52

3.1 分子马达概述 53

3.2 分子马达运动的轨道——细胞骨架 54

3.2.1 微丝 55

3.2.2 微管 56

3.3 形形色色的分子马达 59

3.3.1 分子马达的种类 60

3.3.2 驱动蛋白和动力蛋白家族 60

3.3.3 肌球蛋白家族 63

3.3.4 旋转分子马达家族 70

3.4 朗之万输运理论 75

3.4.1 布朗运动 75

3.4.2 布朗运动的朗之万方程 76

3.4.3 朗之万方程在分子马达研究中的应用 77

3.5 主方程方法 78

3.5.1 随机主方程 78

3.5.2 主方程方法在分子马达研究中的应用 80

3.6 展望 82

习题 83

参考文献 83

第4章 膜生物物理 85

4.1 细胞膜 85

4.1.1 细胞膜的结构模型 85

4.1.2 细胞膜的基本组分 87

4.1.3 细胞膜的特性与功能 90

4.2 物质的跨膜运输 92

4.2.1 被动运输 92

4.2.2 主动运输 94

4.2.3 胞吞作用与胞吐作用 97

4.3 离子通道 99

4.3.1 离子通道的特征与分类 99

4.3.2 离子通道的结构与功能 101

4.3.3 离子通道与膜电位 105

4.4 KcsA钾离子通道 107

4.4.1 离子通道的物理学研究方法 107

4.4.2 KcsA通道的选择性与通透性 110

4.4.3 KcsA通道选择性的产生机制 111

4.4.4 KcsA通透过程的布朗动力学 112

习题 113

参考文献 114

第5章 电磁场生物效应 115

5.1 生物体的电特性 115

5.1.1 生物水的电特性 116

5.1.2 生物电阻抗 117

5.1.3 生物组织的介电性质 119

5.2 生物的磁效应 120

5.2.1 生命物质的磁性 120

5.2.2 生物体的磁性 121

5.3 磁场生物效应的相关问题 121

5.3.1 极低频电磁场生物效应的特点 122

5.3.2 电磁场生物效应的研究 122

5.3.3 电磁场的医学应用 123

5.4 电磁场生物效应的实例 124

5.4.1 钙离子 124

5.4.2 钙振荡 125

5.4.3 电磁场对于胞液钙振荡影响的理论研究 126

习题 129

参考文献 129

第6章 神经生物物理 131

6.1 神经元结构与分类 131

6.1.1 神经元的结构 131

6.1.2 神经元的分类 132

6.2 神经元的电信号 133

6.2.1 静息电位 134

6.2.2 动作电位 134

6.3 突触 137

6.3.1 电突触 137

6.3.2 化学突触 138

6.3.3 神经递质和神经调质 139

6.4 神经元的动力学模型 139

6.5 脑电活动的特征及观测意义 141

6.5.1 脑电波的特征及常见的脑电波 141

6.5.2 脑电图观测的意义 143

6.6 噪声作用下两个FitzHugh-Nagumo神经元的同步活动 144

6.6.1 噪声作用下FitzHugh-Nagumo神经元的活动 144

6.6.2 噪声对单个神经元触发动作电位频率的影响 145

6.6.3 噪声对两个神经元频率同步活动的影响 146

习题 147

参考文献 148

第7章 抑癌基因网络及调控 149

7.1 抑癌基因网络及调控概述 149

7.2 抑癌基因PMP网络结构及功能 151

7.2.1 p53基因结构与功能 152

7.2.2 mdm2基因结构与功能 155

7.2.3 pl4/19arf基因结构与功能 155

7.2.4 p53基因网络的实验研究进展 156

7.3 单细胞PMP网络调控的物理模型 157

7.3.1 电离辐射激活PMP网络的开关机制 158

7.3.2 PMP网络中蛋白质的调控关系 159

7.3.3 PMP网络调控物理模型 160

7.3.4 PMP网络调控模型分析 163

7.4 癌症的传统疗法和基因疗法 166

7.4.1 癌症的传统治疗 166

7.4.2 重建p53基因功能的癌症基因疗法 167

习题 169

参考文献 169

第8章 光生物物理 171

8.1 光生物物理概述 171

8.2 分子的激发与弛豫 174

8.2.1 分子的电子量子态 174

8.2.2 分子的振动和转动量子态 175

8.2.3 激发与弛豫的各种途径 177

8.3 光合作用 178

8.3.1 光反应系统 179

8.3.2 光系统Ⅱ的分子结构 181

8.3.3 光系统Ⅱ中的能量转移机制 183

8.4 荧光及其应用 184

8.4.1 荧光光谱与吸收光谱 184

8.4.2 非辐射共振能量转移 185

8.4.3 荧光的应用 185

习题 187

参考文献 187

第9章 辐射生物学 189

9.1 辐射生物学的物理和化学基础 189

9.1.1 辐射的概念 189

9.1.2 核衰变 190

9.1.3 辐射与物质的相互作用 191

9.1.4 物理剂量单位 193

9.1.5 辐射作用的时间进程 194

9.1.6 直接作用与间接作用 196

9.1.7 辐射生物效应及其影响因素 196

9.2 辐射与生物大分子的相互作用 197

9.2.1 电离辐射对生物大分子的作用 197

9.2.2 电离辐射致DNA的损伤 198

9.3 辐射剂量的理论基础 200

9.4 辐射诱变育种技术的应用 204

习题 206

参考文献 206

第10章 生物信息学 208

10.1 生物信息学概述 208

10.1.1 生物信息学的发展背景 208

10.1.2 基因组测序计划 210

10.1.3 生物大分子数据库 212

10.1.4 生物信息学主要研究领域 213

10.1.5 生物信息学发展的展望 215

10.2 分子生物学数据库 215

10.2.1 DNA序列数据库 216

10.2.2 蛋白质序列数据库 222

10.3 序列比对和序列搜索技术 226

10.3.1 序列比对基础 227

10.3.2 打分矩阵 228

10.3.3 基于双序列比对的数据库搜索 232

10.3.4 多重序列比对分析 233

10.4 序列分析 234

10.4.1 DNA序列分析 234

10.4.2 蛋白质序列分析 239

习题 245

参考文献 246

第11章 显微技术及其在生物物理学中的应用 248

11.1 光学显微镜与电镜最重要的参数——分辨率 248

11.2 光学显微镜 249

11.2.1 激光扫描共焦显微镜 250

11.2.2 全内反射荧光显微镜 257

11.2.3 膜片钳技术 260

11.3 电子显微镜 262

11.4 扫描探针显微镜技术 264

11.4.1 扫描隧道显微镜 265

11.4.2 原子力显微镜 266

习题 272

参考文献 272