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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