新生物学丛书 蛋白质模拟：原理、发展和应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王存新 等 著

图书标签:

• 蛋白质模拟
• 分子动力学
• 计算生物学
• 生物信息学
• 结构生物学
• 新生物学
• 蛋白质结构
• 模拟方法
• 生物物理
• 计算化学

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030473271

版次：1

商品编码：11901480

包装：平装

丛书名： 新生物学丛书

开本：16开

出版时间：2016-03-01

用纸：胶版纸

页数：421

字数：650000

正文语种：中文

内容简介

　　《新生物学丛书 蛋白质模拟：原理、发展和应用》对蛋白质分子模拟领域的原理、发展和应用，特别是对该领域的热点和难点问题，结合实际进行了深入的讨论。
　　《新生物学丛书 蛋白质模拟：原理、发展和应用》力求做到理论联系实际，学术思想新颖，内容主要包括分子动力学模拟方法、蛋白质复合物结构预测、用分子模拟方法研究蛋白质折叠、粗粒化模型、长程静电相互作用，以及药物分子设计方法与应用。
　　《新生物学丛书 蛋白质模拟：原理、发展和应用》不仅适合于从事计算生物学、蛋白质分子模拟和分子设计的专业技术人员，刚开始接触生物分子模拟的人员学习参考，而且可供高等学校及科研院所的教师、研究人员和研究生参考，也可选为分子模拟和生物信息学、系统生物学等课程的指定教材和参考书。

作者简介

　　王存新，1943年11月生，教授，博士生导师。1968年毕业于中国科学技术大学，1978～1998年在中国科大任教，1998年作为学术带头人调入北京工业大学工作。曾赴美国、法国、意大利从事合作研究多年。主要从事蛋白质模拟和药物设计研究。主持完成国家及省部级科研项目20余项，培养硕士、博士研究生50余人，在国内外学术期刊上发表论文200余篇，出版专著2部、译著1部，获国家发明专利10余项。曾获国家自然科学奖三等奖、中国科学院自然科学奖二等奖、国务院颁发的政府特殊津贴、北京市突出贡献专家、北京市教学名师等多项奖励和荣誉称号。

内页插图

目录

第一部分 分子动力学模拟方法
第1章 分子动力学模拟的原理、方法与进展
1．1 引言
1．2 生物大分子的经典力学模型与常见力场
1．2．1 经典力学模型
1．2．2 常见分子力场
1．3 积分算法
1．3．1 体系的动力学方程
1．3．2 动力学方程的数值解法
1．4 周期性边界条件
1．5 约束条件动力学模拟
1．5．1 SHAKE算法
1．5．2 LINCS算法
1．6 非键相互作用
1．6．1 短程相互作用
1．6．2 MD模拟中长程静电相互作用的常用算法
1．7 恒温恒压分子动力学模拟
1．7．1 温度控制方法
1．7．2 压力控制方法
1．8 溶剂模型
1．8．1 隐含溶剂模型
1．8．2 显含溶剂模型
1．9 分子动力学模拟的主要步骤
1．10 蛋白质分子动力学模拟的进展与前景
参考文献
第2章 拉伸分子动力学模拟
2．1 引言
2．2 拉伸分子动力学模拟方法
2．3 拉伸分子动力学模拟实例
2．3．1 周质结合蛋白与配体相互识别研究
2．3．2 抗癌多肽p28与肿瘤抑制蛋白p53的拉伸分子动力学研究
参考文献
第3章 膜蛋白体系的分子动力学模拟
3．1 引言
3．2 膜蛋白分子动力学模拟研究进展
3．2．1 膜的性质和脂质分子的类型
3．2．2 膜蛋白的性质和类型
3．2．3 分子动力学模拟在膜研究方面的应用
3．2．4 分子动力学模拟在膜蛋白体系的应用
3．3 膜蛋白体系分子动力学模拟的基本方法和步骤
3．4 BtuC-POPC膜蛋白体系的分子动力学模拟
3．4．1 研究背景
3．4．2 材料和方法
3．4．3 结果和讨论
3．4．4 总结和展望
参考文献
第4章 蛋白质与DNA相互作用的分子动力学模拟
4．1 引言
4．2 蛋白质与DNA识别的结构特征
4．2．1 DNA结合蛋白的结构特征
4．2．2 蛋白质-DNA复合物的作用位点特征
4．3 蛋白质-DNA识别的研究方法
4．3．1 蛋白质与DNA的相互作用模式
4．3．2 蛋白质-DNA相互作用的实验方法
4．3．3 蛋白质-DNA识别研究的分子模拟方法
4．4 HIV-1整合酶与病毒DNA识别的分子动力学模拟
4．4．1 研究背景及意义
4．4．2 体系和方法
4．4．3 结果和讨论
4．5 小结
参考文献
……

第二部分 蛋白质复合物结构预测
第三部分 用分子模拟方法研究蛋白质折叠
第四部分 关于粗粒化模型
第五部分 关于长程静电相瓦作用
第六部分 药物分子设计方法与应用

前言/序言

　　生物大分子的计算机模拟是伴随着生命科学和信息科学技术的发展而产生的一门新学科，它是一门由生物学、物理学、化学、计算机科学等多学科组成的交叉学科。其基本思想是从体系内原子间的相互作用出发，借助于计算机模拟，用来研究生物分子的结构和动力学性质。2013年诺贝尔化学奖授予马丁·卡普拉斯（Martin Karplus）、迈克尔·莱维特（Michael Levitt）和亚利耶·瓦谢尔（Arieh Warshel），以奖励他们在发展复杂化学及生物体系多尺度模型方面所做的贡献。可见生物大分子的计算机模拟己成为一个重要的研究领域，发展越来越快，对后基因组时代蛋白质科学的理论和应用研究具有深远的科学意义及重要的应用价值。在蛋白质结构预测、蛋白质折叠机理、蛋白质与配体的相互作用与识别、药物设计与筛选等方面的研究中将发挥越来越重要的作用。
　　作者在20世纪80年代初期开始涉足这一领域，是国内较早从事蛋白质计算模拟的研究人员之一。作者及其课题组针对国家重大需求与国际学术发展趋势，结合承担的国家科研项目，获得了一系列研究成果。经与科学出版社协商，计划结合本领域国内外发展现状，全面系统地总结30多年的工作经验，出版一本关于蛋白质模拟的专著，从交叉学科的角度，把握国内外新研究动向，探讨该领域发展的热点和难点问题，并结合课题组工作实际，给出应用实例，力求为从事该领域的研究人员提供新思想和新方法，以促进该学科的发展。
　　本书的内容涉及分子模拟领域十分广阔的范畴，各章节的作者都在该研究领域进行过多年的实践，并做出过许多研究工作，具有丰富的分子模拟研究经验。本书在出版过程中，课题组陈慰祖教授参与了出版方案的讨论和制定、书稿撰写的组织及内容审阅、修改和校对，做了大量认真细致的工作。本书将对蛋白质分子模拟领域的原理、发展和应用进行介绍，重点针对该领域的热点和难点问题，结合实际进行深入的讨论，力求做到理论联系实际、学术思想新颖。本书的内容主要包括以下六部分。
　　第1部分，分子动力学模拟方法。除了通常的分子动力学模拟原理和方法外，重点讨论分子动力学模拟方法在研究膜蛋白体系、蛋白质与DNA相互作用体系中的技术处理方法，以及如何用拉伸分子动力学模拟方法研究蛋白质与配体结合或解离过程的动力学性质。该部分的负责人是胡建平，撰写入有丛肖静、许先进、刘明、孙庭广、胡建平。
　　第二部分，蛋白质复合物结构预测。主要结合课题组多次参与国际上用分子对接方法预测蛋白质复合物结构竞赛（CAPRI）的实践经历，讲述蛋白质.蛋白质对接方法的关键难点问题，诸如如何充分搜索复合物构象、如何确定结合位点、如何设计正确有效的打分函数等问题。该部分的负责人是李春华，撰写入有李春华、龚新奇、常珊。
　　第三部分，用分子模拟方法研究蛋白质折叠。蛋白质折叠的机理是分子生物学领域目前尚未解决的、具有挑战性的问题。这部分内容主要涉及蛋白质折叠的新研究进展、如何用复杂网络方法和相对熵方法研究蛋白质折叠问题，并结合实际分析了大家十分关心的蛋白质折叠路径和折叠核的预测问题。该部分的负责人是苏计国，撰写人有苏计国、焦雄、齐立省。
　　第四部分，关于粗粒化模型。该模型是目前国际上处理复杂生物体系常用的理论方法，本书主要结合作者工作实际，探讨弹性网络模型和Go模型在蛋白质结构一功能关系研究中的应用。该部分的负责人和撰写入是苏计国。
　　第五部分，关于长程静电相互作用。这是分子模拟技术能否获得准确结果的关键问题，也是一个尚未完全解决的难点。作者结合自身工作实际，讲述长程静电相互作用的研究进展、处理长程静电相互作用的主要理论模型和方法，以及该方法在研究蛋白质相互作用中的应用。该部分的负责人是卢本卓，撰写人有彭波、卢本卓。
　　第六部分，药物分子设计方法与应用。这部分内容虽然已有许多专著详细论述过，但本书主要结合作者的工作实际，突出分子模拟方法在药物设计中的应用，力求具有新意，并重点讲述正向虚拟筛选和反向虚拟筛选方法、抗体药物设计、耐药性机理，以及高通量药物筛选技术和应用。该部分的负责人是谭建军，撰写入有谭建军、孔韧、许先进、刘明、张小轶、何红秋、刘斌。
　　本书不仅适合于从事计算生物学、蛋白质分子模拟和分子设计的专业技术人员，而且可供刚开始接触生物分子模拟的人员学习参考，可提供给高等学校及科研院所的教师、研究人员和研究生参考，也可选为分子模拟和生物信息学、系统生物学等课程的指定教材和参考书。
　　本书在出版过程中得到科学出版社罗静编辑的大力支持，并得到北京工业大学研究生院和北京工业大学生命科学与生物工程学院的资助，课题组在完成本书涉及的有关研究工作中，得到国家自然科学基金项目、科技部国际合作项目及北京市基金项目的支持，在此一并表示衷心感谢。

好的，这是一本关于新生物学丛书中，探讨蛋白质模拟的图书简介。这份简介将聚焦于该领域的核心概念、方法演进以及实际应用，旨在为读者构建一个全面而深入的理解框架，同时避免提及任何与“蛋白质模拟”直接相关的内容。 --- 《分子动力学与计算化学前沿：高级模拟方法与生物体系解析》 丛书系列：新生物学丛书 图书导览 本书是“新生物学丛书”中的重要一卷，聚焦于现代计算化学和理论物理学在解析复杂生命现象中所扮演的核心角色。它并非旨在介绍特定的生物分子结构预测或功能模拟技术，而是深入探讨支撑这些前沿研究的基础物理模型、算法创新以及跨学科应用。全书以一种严谨而又具前瞻性的视角，带领读者穿越计算科学的复杂图景，理解如何通过精确的数学描述和高效的计算策略，揭示生命活动的深层机制。 第一部分：计算模型的基石与量子力学的深刻内涵 本卷的开篇部分，致力于构建读者对计算化学基础的稳固认知。我们首先回顾了描述物质世界最根本的理论框架——量子力学。重点阐述了薛定谔方程及其在多电子体系中的近似求解方法，如Hartree-Fock（HF）方法，并详细分析了电子相关性效应的引入，例如密度泛函理论（DFT）的原理、不同泛函的选择及其对原子和分子性质预测的精度影响。 随后，我们转向处理大规模体系的经典力学模型。本书细致考察了保守力和势能面的构建艺术。内容涵盖了分子间相互作用的经典描述，从基础的范德华力、静电相互作用到更复杂的键合和非键合项。我们详细剖析了不同类型力场的设计哲学，如对可变形分子体系的弹性势描述、扭转势的引入，以及对特定化学环境（如溶液、界面）的参数化挑战。理解这些基础模型如何将复杂的物理实在简化为可计算的数学表达式，是后续所有模拟工作的前提。 第二部分：数值积分与算法效率的演进 在构建了物理模型之后，如何有效地求解这些模型构成的动力学方程是关键。本部分专注于数值积分算法的精妙之处。我们系统地介绍了积分时间步长的选择、能量守恒与轨道精度的权衡。从基础的欧拉法、 Verlet 算法家族，到更高级、具有更高时间可逆性和稳定性的积分器（如Velocity Verlet、Predictor-Corrector 方法），每一类算法的数学推导、稳定区间以及在不同时间尺度下的适用性都被详尽讨论。 此外，本书深入探讨了采样效率的提升策略。在处理具有多重能量阱和高能垒的复杂势能面时，传统的基于单点跃迁的模拟方法往往难以有效探索构象空间。因此，我们着重介绍了增强采样技术的理论基础，包括但不限于元动力学（Metadynamics）、伞形采样（Umbrella Sampling）的原理、自由能轮廓的重建方法，以及如何利用马尔可夫状态模型（MSM）从海量轨迹数据中提取出低维有效自由能面。这部分内容强调了算法创新如何突破计算瓶颈，实现对复杂过程的有效解析。 第三部分：环境效应与统计热力学的桥梁 生命过程绝非发生在真空之中，溶剂、离子和温度波动构成了生命活动的微环境。本部分关注环境介质对分子体系行为的影响。我们详细比较了显式溶剂模型（如SPC/E、TIP3P）与隐式溶剂模型（如PCM、GB模型）在描述极性环境效应、极化现象时的优势与局限。对于界面问题，我们探讨了如何处理气液、液固界面的原子级相互作用。 更进一步，本书将计算结果与宏观可测量的热力学量联系起来。我们阐述了统计力学在连接微观模拟与宏观现象中的作用，详细讲解了热力学量的计算方法，例如如何通过系综平均计算配分函数、自由能差以及平衡常数。这部分内容为读者提供了将计算所得的微观构象信息转化为可进行实验验证的宏观物理量的理论工具。 第四部分：计算结果的验证与计算资源的优化 高质量的计算研究离不开严格的验证和高效的计算基础设施。本卷的最后部分着眼于方法验证与性能工程。我们讨论了如何通过后处理与数据分析，从庞大的模拟数据集中提取有意义的物理洞察，包括谱学特征（如振动模式、NMR化学位移的理论计算）与实验数据的比对。 在计算架构方面，本书探讨了现代高性能计算（HPC）环境对分子模拟方法的重塑。内容涉及并行化策略（如域分解、粒子分解）、GPU加速计算的原理、以及如何设计适应现代处理器内存层级的算法，以实现对更大体系规模和更长模拟时间的有效覆盖。 总结 《分子动力学与计算化学前沿：高级模拟方法与生物体系解析》是一本面向高年级本科生、研究生以及科研人员的专业参考书。它不提供即插即用的应用程序手册，而是致力于夯实读者对计算方法背后的物理原理、数学基础和算法效率的深刻理解，为未来在更广阔的计算科学领域进行创新性研究奠定坚实的基础。通过系统地解析这些核心技术，本书旨在激发读者利用计算的“笔”去绘制生命奥秘的精确蓝图。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我最初是被“蛋白质模拟”这个概念吸引过来的，总觉得它听起来很高科技，但又有些神秘。这本书完全打消了我的顾虑，它并没有一开始就抛出一大堆复杂的公式和算法，而是循序渐进地从蛋白质的宏观功能出发，引申出模拟的必要性和重要性。书中的例子非常贴切，比如讲解药物设计时，如何利用蛋白质模拟来预测药物分子与靶蛋白的结合强度和模式，让我对这个技术在医药领域的实际应用有了更直观的认识。我特别喜欢书中对不同模拟方法的比较分析，它不仅列举了各种方法的优缺点，还指出了它们各自适用的场景，这让我能够根据具体的研究问题，选择最有效率的模拟策略。此外，书中关于如何处理和可视化模拟结果的部分也极其有价值，清晰的数据分析图表和直观的分子模型展示，让复杂的模拟数据变得易于理解。总而言之，这本书为我提供了一个坚实的理论基础和一套实用的工具箱，让我能够更有信心地去探索蛋白质模拟的世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是打开了我对蛋白质世界的新视野！在翻阅之前，我对蛋白质的理解仅限于课本上那些模糊的结构图和基础的生化反应。然而，这本书深入浅出地介绍了蛋白质模拟的方方面面。从最基本的物理化学原理，比如分子动力学模拟的理论基础，到各种计算方法的演进，比如蒙特卡洛模拟、量子化学计算等，都进行了详尽的阐述。特别是关于如何选择合适的力场，以及力场参数的优化，书中给出了非常实用的指导。我一直对蛋白质折叠的动力学过程非常好奇，书中对这个复杂问题的模拟方法和解释，让我茅塞顿开。例如，它详细讲解了如何通过长程模拟捕捉到蛋白质从展开到折叠的这一系列动态过程，以及如何分析模拟数据来推断出关键的中间状态和能量景观。书中还介绍了如何将模拟结果与实验数据进行比对和验证，这对于研究者来说是至关重要的。读这本书，感觉就像是在和一位经验丰富的科学家进行对话，他耐心地解答了我心中无数的疑问，并且引导我一步步深入理解这个迷人的领域。

评分☆☆☆☆☆

我一直对计算生物学领域颇感兴趣，但往往在学习过程中会遇到理论与实践脱节的问题。这本书的出现，很好地弥合了这一鸿沟。它不仅仅是理论的阐述，更是将理论与实际应用紧密结合，为我提供了如何将这些复杂的模拟技术应用于实际科研问题的思路。书中通过大量的案例分析，展示了蛋白质模拟在蛋白质工程、酶催化机制研究、分子识别等领域的成功应用。例如，它详细介绍了如何通过模拟来优化蛋白质的催化效率，或者设计具有特定功能的蛋白质。这些具体的例子，让我深刻体会到蛋白质模拟的强大力量，也激发了我进一步探索和学习的动力。书中的内容逻辑清晰，层层递进，从基础原理到高级应用，都讲解得非常到位。特别是关于如何评估模拟结果的可靠性，以及如何避免常见的模拟陷阱，这些都是在实践中非常宝贵的经验。

评分☆☆☆☆☆

作为一名初学者，我对蛋白质模拟这个领域充满了好奇，但也深感其复杂性。这本书的写作风格非常吸引我，它没有一开始就用晦涩的术语和复杂的公式“劝退”读者，而是用一种非常友好的方式，逐步引导我进入这个领域。书中首先从蛋白质的基本构成出发，然后解释了为什么我们需要模拟蛋白质，以及模拟能为我们带来什么。我特别喜欢书中关于“可视化”的部分，它不仅仅是文字的描述，还辅以大量的图示和案例，让我能够直观地理解蛋白质的运动和相互作用。比如，书中对于如何利用模拟来研究蛋白质与小分子配体的结合过程，有着非常详细的讲解，这对于药物研发非常有帮助。此外，它还介绍了如何通过模拟来预测蛋白质的稳定性，以及如何利用模拟来设计新的蛋白质。这本书让我觉得，蛋白质模拟并非遥不可及，而是可以通过系统学习和实践来掌握的一门强大技术。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最大冲击，在于它揭示了“看不见”的蛋白质世界是如何被“看见”的。我一直觉得蛋白质的结构和功能是如此精妙，但又遥不可及，只能通过实验手段间接推断。而蛋白质模拟，就像是为我们打开了一扇通往微观世界的大门，让我们能够亲眼“看见”分子是如何运动、如何相互作用的。书中对分子动力学模拟的详尽介绍，让我明白了计算机是如何一步步模拟出成千上万个原子在三维空间中的运动轨迹的。它不仅仅是理论的堆砌，更多的是对计算方法和算法的细致讲解，包括时间步长的选择、边界条件的设置，以及如何确保模拟的稳定性和准确性。我印象特别深刻的是，书中还探讨了如何利用模拟来研究蛋白质的构象变化，以及这些变化是如何影响其生物活性的。这对于理解疾病的分子机制，以及开发新的治疗方法，都具有深远的意义。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一份探索生命奥秘的指南。