本書是面向高等學校理工科學生所編寫的一本初識軟物質生物分子的教材。本書所包含的基本物理概念、物理理論和物理方法是理解和分析軟物質生物分子的重要內容,也是未來從事軟物質生物分子物理相關工作所不可或缺的知識。本書是物理學專業(yè)知識的拓展與延伸,能夠使學生在了解基本物理概念和理論的基礎上,掌握相關的物理模型和分析工具,了解物理知識和方法在理論物理交叉學科前沿中的應用,提高學生對學科交叉融合的認知,為進一步深入研究軟物質生物分子物理問題打下堅實的基礎。
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2007年獲得華中科技大學物理系理學學士學位,
2012年獲華中科技大學物理學院理論物理專業(yè)理學博士學位2012至2016 年,在美國喬治華盛頓大學物理系和分子科學中心從事生物物理的博士后與研究科學家的研究工作,2016年,加入華中師范大學物理科學與技術學院,聘為副教授。2019年入選華中師范大學“桂子青年學者”教學名師支持計劃,2017年和2020年分別入選2項省部級人才支持計劃博士,華中師范大學物理科學與技術學院生物物理所研究員,湖北省楚天學子。從事生物物理、生物信息學和軟物質生物分子大數據分析等工作10余年。主持國家自然科學基金、湖北省自然科學基金、中央高校基金等多項國家和省部級科技課題受邀擔任Frontiers in Genetics客座編輯和Scientific Reports編委成員,Physical Review Letters等10余個國際學術雜志審稿人
目錄
序言
前言
第1章 什么是軟物質? 1
1.1 膠體 1
1.2 非牛頓體 3
1.3 晶狀體.4
1.4 肥皂泡.5
1.5 分子聚合物 6
1.6 小結 7
1.7 課后練習 7
延展閱讀 7
參考文獻 10
第2章 蛋白質分子結構 11
2.1 氨基酸 11
2.2 肽鍵與主鏈 14
2.3 蛋白質二級結構 16
2.3.1 螺旋結構 16
2.3.2 β折疊結構 18
2.3.3 常見折疊類型 19
2.4 蛋白質三級結構 20
2.5 穩(wěn)定蛋白質結構的物理相互作用 21
2.5.1 共價鍵 21
2.5.2 靜電相互作用 22
2.5.3 極性相互作用 22
2.5.4 非極性相互作用 22
2.5.5 金屬離子作用 23
2.5.6 水分子相互作用 24
2.6 小結 24
2.7 課后練習 24
延展閱讀 25
參考文獻 28
第3章 核酸分子結構 30
3.1 主鏈結構 30
3.2 堿基與配對 31
3.3 螺旋與柔性 33
3.4 RNA結構 35
3.4.1 RNA與DNA結構的不同 35
3.4.2 RNA結構模體 36
3.5 核酸–蛋白質復合物 39
3.6 金屬離子效應 40
3.7 小結 42
3.8 課后練習 42
延展閱讀 43
參考文獻 46
第4章 分子動力學模擬 48
4.1 動力學模擬 48
4.2 小結 56
4.3 課后練習 56
延展閱讀 57
參考文獻 59
第5章 結構預測 61
5.1 蛋白質二級結構預測 61
5.1.1 蛋白質二級結構預測方法 61
5.1.2 蛋白質二級結構預測實例 63
5.2 蛋白質三級結構預測 66
5.2.1 同源建模法 67
5.2.2 穿線建模法 70
5.2.3 從頭預測法 73
5.3 RNA二級結構預測 74
5.3.1 RNA二級結構預測方法 74
5.3.2 RNA二級結構預測實例 76
5.4 RNA三級結構預測 78
5.4.1 RNA構象生成 78
5.4.2 RNA預測結構評估 80
5.5 基于人工智能的結構預測 84
5.6 小結 87
5.7 課后練習 87
延展閱讀 88
參考文獻 92
第6章 分子對接 96
6.1 鎖鑰模型 96
6.2 復合物分子標準數據集 98
6.3 復合物結構采樣 102
6.4 復合物結構評估 104
6.4.1 RNA-蛋白質復合物結構評估方法 104
6.4.2 RNA-蛋白質復合物結構評估實例 108
6.5 基于人工智能的復合物結構預測 110
6.6 小結 111
6.7 課后練習 112
延展閱讀 112
參考文獻 113
第7章 復雜網絡模型 116
7.1 網絡的基本概念 117
7.2 網絡的基本特征 122
7.2.1 網絡局部特征 122
7.2.2 網絡全局特征 125
7.3 分子內相互作用網絡與預測 130
7.3.1 直接耦合分析模型 131
7.3.2 直接耦合分析預測蛋白質分子內相互作用 137
7.4 動力學網絡分析 142
7.4.1 分子動力學模擬與研究體系 143
7.4.2 從動力學模擬到動力學網絡 144
7.4.3 動態(tài)互相關矩陣 145
7.4.4 動力學網絡社區(qū)劃分 146
7.4.5 最優(yōu)路徑和次優(yōu)路徑識別 149
7.5 基于復雜網絡的生物分子復合物相互作用位點預測 150
7.5.1 問題背景 150
7.5.2 模型搭建 151
7.5.3 研究結果 154
7.6 小結 155
7.7 課后練習 156
延展閱讀 157
參考文獻 160
《21世紀理論物理及其交叉學科前沿叢書》已出版書目 163