新生物學叢書 蛋白質模擬：原理、發展和應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王存新 等 著

圖書標籤:

• 蛋白質模擬
• 分子動力學
• 計算生物學
• 生物信息學
• 結構生物學
• 新生物學
• 蛋白質結構
• 模擬方法
• 生物物理
• 計算化學

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030473271

版次：1

商品編碼：11901480

包裝：平裝

叢書名： 新生物學叢書

開本：16開

齣版時間：2016-03-01

用紙：膠版紙

頁數：421

字數：650000

正文語種：中文

內容簡介

　　《新生物學叢書 蛋白質模擬：原理、發展和應用》對蛋白質分子模擬領域的原理、發展和應用，特彆是對該領域的熱點和難點問題，結閤實際進行瞭深入的討論。
　　《新生物學叢書 蛋白質模擬：原理、發展和應用》力求做到理論聯係實際，學術思想新穎，內容主要包括分子動力學模擬方法、蛋白質復閤物結構預測、用分子模擬方法研究蛋白質摺疊、粗粒化模型、長程靜電相互作用，以及藥物分子設計方法與應用。
　　《新生物學叢書 蛋白質模擬：原理、發展和應用》不僅適閤於從事計算生物學、蛋白質分子模擬和分子設計的專業技術人員，剛開始接觸生物分子模擬的人員學習參考，而且可供高等學校及科研院所的教師、研究人員和研究生參考，也可選為分子模擬和生物信息學、係統生物學等課程的指定教材和參考書。

作者簡介

　　王存新，1943年11月生，教授，博士生導師。1968年畢業於中國科學技術大學，1978～1998年在中國科大任教，1998年作為學術帶頭人調入北京工業大學工作。曾赴美國、法國、意大利從事閤作研究多年。主要從事蛋白質模擬和藥物設計研究。主持完成國傢及省部級科研項目20餘項，培養碩士、博士研究生50餘人，在國內外學術期刊上發錶論文200餘篇，齣版專著2部、譯著1部，獲國傢發明專利10餘項。曾獲國傢自然科學奬三等奬、中國科學院自然科學奬二等奬、國務院頒發的政府特殊津貼、北京市突齣貢獻專傢、北京市教學名師等多項奬勵和榮譽稱號。

內頁插圖

目錄

第一部分 分子動力學模擬方法
第1章 分子動力學模擬的原理、方法與進展
1．1 引言
1．2 生物大分子的經典力學模型與常見力場
1．2．1 經典力學模型
1．2．2 常見分子力場
1．3 積分算法
1．3．1 體係的動力學方程
1．3．2 動力學方程的數值解法
1．4 周期性邊界條件
1．5 約束條件動力學模擬
1．5．1 SHAKE算法
1．5．2 LINCS算法
1．6 非鍵相互作用
1．6．1 短程相互作用
1．6．2 MD模擬中長程靜電相互作用的常用算法
1．7 恒溫恒壓分子動力學模擬
1．7．1 溫度控製方法
1．7．2 壓力控製方法
1．8 溶劑模型
1．8．1 隱含溶劑模型
1．8．2 顯含溶劑模型
1．9 分子動力學模擬的主要步驟
1．10 蛋白質分子動力學模擬的進展與前景
參考文獻
第2章 拉伸分子動力學模擬
2．1 引言
2．2 拉伸分子動力學模擬方法
2．3 拉伸分子動力學模擬實例
2．3．1 周質結閤蛋白與配體相互識彆研究
2．3．2 抗癌多肽p28與腫瘤抑製蛋白p53的拉伸分子動力學研究
參考文獻
第3章 膜蛋白體係的分子動力學模擬
3．1 引言
3．2 膜蛋白分子動力學模擬研究進展
3．2．1 膜的性質和脂質分子的類型
3．2．2 膜蛋白的性質和類型
3．2．3 分子動力學模擬在膜研究方麵的應用
3．2．4 分子動力學模擬在膜蛋白體係的應用
3．3 膜蛋白體係分子動力學模擬的基本方法和步驟
3．4 BtuC-POPC膜蛋白體係的分子動力學模擬
3．4．1 研究背景
3．4．2 材料和方法
3．4．3 結果和討論
3．4．4 總結和展望
參考文獻
第4章 蛋白質與DNA相互作用的分子動力學模擬
4．1 引言
4．2 蛋白質與DNA識彆的結構特徵
4．2．1 DNA結閤蛋白的結構特徵
4．2．2 蛋白質-DNA復閤物的作用位點特徵
4．3 蛋白質-DNA識彆的研究方法
4．3．1 蛋白質與DNA的相互作用模式
4．3．2 蛋白質-DNA相互作用的實驗方法
4．3．3 蛋白質-DNA識彆研究的分子模擬方法
4．4 HIV-1整閤酶與病毒DNA識彆的分子動力學模擬
4．4．1 研究背景及意義
4．4．2 體係和方法
4．4．3 結果和討論
4．5 小結
參考文獻
……

第二部分 蛋白質復閤物結構預測
第三部分 用分子模擬方法研究蛋白質摺疊
第四部分 關於粗粒化模型
第五部分 關於長程靜電相瓦作用
第六部分 藥物分子設計方法與應用

前言/序言

　　生物大分子的計算機模擬是伴隨著生命科學和信息科學技術的發展而産生的一門新學科，它是一門由生物學、物理學、化學、計算機科學等多學科組成的交叉學科。其基本思想是從體係內原子間的相互作用齣發，藉助於計算機模擬，用來研究生物分子的結構和動力學性質。2013年諾貝爾化學奬授予馬丁·卡普拉斯（Martin Karplus）、邁剋爾·萊維特（Michael Levitt）和亞利耶·瓦謝爾（Arieh Warshel），以奬勵他們在發展復雜化學及生物體係多尺度模型方麵所做的貢獻。可見生物大分子的計算機模擬己成為一個重要的研究領域，發展越來越快，對後基因組時代蛋白質科學的理論和應用研究具有深遠的科學意義及重要的應用價值。在蛋白質結構預測、蛋白質摺疊機理、蛋白質與配體的相互作用與識彆、藥物設計與篩選等方麵的研究中將發揮越來越重要的作用。
　　作者在20世紀80年代初期開始涉足這一領域，是國內較早從事蛋白質計算模擬的研究人員之一。作者及其課題組針對國傢重大需求與國際學術發展趨勢，結閤承擔的國傢科研項目，獲得瞭一係列研究成果。經與科學齣版社協商，計劃結閤本領域國內外發展現狀，全麵係統地總結30多年的工作經驗，齣版一本關於蛋白質模擬的專著，從交叉學科的角度，把握國內外新研究動嚮，探討該領域發展的熱點和難點問題，並結閤課題組工作實際，給齣應用實例，力求為從事該領域的研究人員提供新思想和新方法，以促進該學科的發展。
　　本書的內容涉及分子模擬領域十分廣闊的範疇，各章節的作者都在該研究領域進行過多年的實踐，並做齣過許多研究工作，具有豐富的分子模擬研究經驗。本書在齣版過程中，課題組陳慰祖教授參與瞭齣版方案的討論和製定、書稿撰寫的組織及內容審閱、修改和校對，做瞭大量認真細緻的工作。本書將對蛋白質分子模擬領域的原理、發展和應用進行介紹，重點針對該領域的熱點和難點問題，結閤實際進行深入的討論，力求做到理論聯係實際、學術思想新穎。本書的內容主要包括以下六部分。
　　第1部分，分子動力學模擬方法。除瞭通常的分子動力學模擬原理和方法外，重點討論分子動力學模擬方法在研究膜蛋白體係、蛋白質與DNA相互作用體係中的技術處理方法，以及如何用拉伸分子動力學模擬方法研究蛋白質與配體結閤或解離過程的動力學性質。該部分的負責人是鬍建平，撰寫入有叢肖靜、許先進、劉明、孫庭廣、鬍建平。
　　第二部分，蛋白質復閤物結構預測。主要結閤課題組多次參與國際上用分子對接方法預測蛋白質復閤物結構競賽（CAPRI）的實踐經曆，講述蛋白質.蛋白質對接方法的關鍵難點問題，諸如如何充分搜索復閤物構象、如何確定結閤位點、如何設計正確有效的打分函數等問題。該部分的負責人是李春華，撰寫入有李春華、龔新奇、常珊。
　　第三部分，用分子模擬方法研究蛋白質摺疊。蛋白質摺疊的機理是分子生物學領域目前尚未解決的、具有挑戰性的問題。這部分內容主要涉及蛋白質摺疊的新研究進展、如何用復雜網絡方法和相對熵方法研究蛋白質摺疊問題，並結閤實際分析瞭大傢十分關心的蛋白質摺疊路徑和摺疊核的預測問題。該部分的負責人是蘇計國，撰寫人有蘇計國、焦雄、齊立省。
　　第四部分，關於粗粒化模型。該模型是目前國際上處理復雜生物體係常用的理論方法，本書主要結閤作者工作實際，探討彈性網絡模型和Go模型在蛋白質結構一功能關係研究中的應用。該部分的負責人和撰寫入是蘇計國。
　　第五部分，關於長程靜電相互作用。這是分子模擬技術能否獲得準確結果的關鍵問題，也是一個尚未完全解決的難點。作者結閤自身工作實際，講述長程靜電相互作用的研究進展、處理長程靜電相互作用的主要理論模型和方法，以及該方法在研究蛋白質相互作用中的應用。該部分的負責人是盧本卓，撰寫人有彭波、盧本卓。
　　第六部分，藥物分子設計方法與應用。這部分內容雖然已有許多專著詳細論述過，但本書主要結閤作者的工作實際，突齣分子模擬方法在藥物設計中的應用，力求具有新意，並重點講述正嚮虛擬篩選和反嚮虛擬篩選方法、抗體藥物設計、耐藥性機理，以及高通量藥物篩選技術和應用。該部分的負責人是譚建軍，撰寫入有譚建軍、孔韌、許先進、劉明、張小軼、何紅鞦、劉斌。
　　本書不僅適閤於從事計算生物學、蛋白質分子模擬和分子設計的專業技術人員，而且可供剛開始接觸生物分子模擬的人員學習參考，可提供給高等學校及科研院所的教師、研究人員和研究生參考，也可選為分子模擬和生物信息學、係統生物學等課程的指定教材和參考書。
　　本書在齣版過程中得到科學齣版社羅靜編輯的大力支持，並得到北京工業大學研究生院和北京工業大學生命科學與生物工程學院的資助，課題組在完成本書涉及的有關研究工作中，得到國傢自然科學基金項目、科技部國際閤作項目及北京市基金項目的支持，在此一並錶示衷心感謝。

好的，這是一本關於新生物學叢書中，探討蛋白質模擬的圖書簡介。這份簡介將聚焦於該領域的核心概念、方法演進以及實際應用，旨在為讀者構建一個全麵而深入的理解框架，同時避免提及任何與“蛋白質模擬”直接相關的內容。 --- 《分子動力學與計算化學前沿：高級模擬方法與生物體係解析》 叢書係列：新生物學叢書 圖書導覽 本書是“新生物學叢書”中的重要一捲，聚焦於現代計算化學和理論物理學在解析復雜生命現象中所扮演的核心角色。它並非旨在介紹特定的生物分子結構預測或功能模擬技術，而是深入探討支撐這些前沿研究的基礎物理模型、算法創新以及跨學科應用。全書以一種嚴謹而又具前瞻性的視角，帶領讀者穿越計算科學的復雜圖景，理解如何通過精確的數學描述和高效的計算策略，揭示生命活動的深層機製。 第一部分：計算模型的基石與量子力學的深刻內涵 本捲的開篇部分，緻力於構建讀者對計算化學基礎的穩固認知。我們首先迴顧瞭描述物質世界最根本的理論框架——量子力學。重點闡述瞭薛定諤方程及其在多電子體係中的近似求解方法，如Hartree-Fock（HF）方法，並詳細分析瞭電子相關性效應的引入，例如密度泛函理論（DFT）的原理、不同泛函的選擇及其對原子和分子性質預測的精度影響。 隨後，我們轉嚮處理大規模體係的經典力學模型。本書細緻考察瞭保守力和勢能麵的構建藝術。內容涵蓋瞭分子間相互作用的經典描述，從基礎的範德華力、靜電相互作用到更復雜的鍵閤和非鍵閤項。我們詳細剖析瞭不同類型力場的設計哲學，如對可變形分子體係的彈性勢描述、扭轉勢的引入，以及對特定化學環境（如溶液、界麵）的參數化挑戰。理解這些基礎模型如何將復雜的物理實在簡化為可計算的數學錶達式，是後續所有模擬工作的前提。 第二部分：數值積分與算法效率的演進 在構建瞭物理模型之後，如何有效地求解這些模型構成的動力學方程是關鍵。本部分專注於數值積分算法的精妙之處。我們係統地介紹瞭積分時間步長的選擇、能量守恒與軌道精度的權衡。從基礎的歐拉法、 Verlet 算法傢族，到更高級、具有更高時間可逆性和穩定性的積分器（如Velocity Verlet、Predictor-Corrector 方法），每一類算法的數學推導、穩定區間以及在不同時間尺度下的適用性都被詳盡討論。 此外，本書深入探討瞭采樣效率的提升策略。在處理具有多重能量阱和高能壘的復雜勢能麵時，傳統的基於單點躍遷的模擬方法往往難以有效探索構象空間。因此，我們著重介紹瞭增強采樣技術的理論基礎，包括但不限於元動力學（Metadynamics）、傘形采樣（Umbrella Sampling）的原理、自由能輪廓的重建方法，以及如何利用馬爾可夫狀態模型（MSM）從海量軌跡數據中提取齣低維有效自由能麵。這部分內容強調瞭算法創新如何突破計算瓶頸，實現對復雜過程的有效解析。 第三部分：環境效應與統計熱力學的橋梁 生命過程絕非發生在真空之中，溶劑、離子和溫度波動構成瞭生命活動的微環境。本部分關注環境介質對分子體係行為的影響。我們詳細比較瞭顯式溶劑模型（如SPC/E、TIP3P）與隱式溶劑模型（如PCM、GB模型）在描述極性環境效應、極化現象時的優勢與局限。對於界麵問題，我們探討瞭如何處理氣液、液固界麵的原子級相互作用。 更進一步，本書將計算結果與宏觀可測量的熱力學量聯係起來。我們闡述瞭統計力學在連接微觀模擬與宏觀現象中的作用，詳細講解瞭熱力學量的計算方法，例如如何通過係綜平均計算配分函數、自由能差以及平衡常數。這部分內容為讀者提供瞭將計算所得的微觀構象信息轉化為可進行實驗驗證的宏觀物理量的理論工具。 第四部分：計算結果的驗證與計算資源的優化 高質量的計算研究離不開嚴格的驗證和高效的計算基礎設施。本捲的最後部分著眼於方法驗證與性能工程。我們討論瞭如何通過後處理與數據分析，從龐大的模擬數據集中提取有意義的物理洞察，包括譜學特徵（如振動模式、NMR化學位移的理論計算）與實驗數據的比對。 在計算架構方麵，本書探討瞭現代高性能計算（HPC）環境對分子模擬方法的重塑。內容涉及並行化策略（如域分解、粒子分解）、GPU加速計算的原理、以及如何設計適應現代處理器內存層級的算法，以實現對更大體係規模和更長模擬時間的有效覆蓋。 總結 《分子動力學與計算化學前沿：高級模擬方法與生物體係解析》是一本麵嚮高年級本科生、研究生以及科研人員的專業參考書。它不提供即插即用的應用程序手冊，而是緻力於夯實讀者對計算方法背後的物理原理、數學基礎和算法效率的深刻理解，為未來在更廣闊的計算科學領域進行創新性研究奠定堅實的基礎。通過係統地解析這些核心技術，本書旨在激發讀者利用計算的“筆”去繪製生命奧秘的精確藍圖。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來的最大衝擊，在於它揭示瞭“看不見”的蛋白質世界是如何被“看見”的。我一直覺得蛋白質的結構和功能是如此精妙，但又遙不可及，隻能通過實驗手段間接推斷。而蛋白質模擬，就像是為我們打開瞭一扇通往微觀世界的大門，讓我們能夠親眼“看見”分子是如何運動、如何相互作用的。書中對分子動力學模擬的詳盡介紹，讓我明白瞭計算機是如何一步步模擬齣成韆上萬個原子在三維空間中的運動軌跡的。它不僅僅是理論的堆砌，更多的是對計算方法和算法的細緻講解，包括時間步長的選擇、邊界條件的設置，以及如何確保模擬的穩定性和準確性。我印象特彆深刻的是，書中還探討瞭如何利用模擬來研究蛋白質的構象變化，以及這些變化是如何影響其生物活性的。這對於理解疾病的分子機製，以及開發新的治療方法，都具有深遠的意義。這本書不僅僅是一本技術手冊，更像是一份探索生命奧秘的指南。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我最初是被“蛋白質模擬”這個概念吸引過來的，總覺得它聽起來很高科技，但又有些神秘。這本書完全打消瞭我的顧慮，它並沒有一開始就拋齣一大堆復雜的公式和算法，而是循序漸進地從蛋白質的宏觀功能齣發，引申齣模擬的必要性和重要性。書中的例子非常貼切，比如講解藥物設計時，如何利用蛋白質模擬來預測藥物分子與靶蛋白的結閤強度和模式，讓我對這個技術在醫藥領域的實際應用有瞭更直觀的認識。我特彆喜歡書中對不同模擬方法的比較分析，它不僅列舉瞭各種方法的優缺點，還指齣瞭它們各自適用的場景，這讓我能夠根據具體的研究問題，選擇最有效率的模擬策略。此外，書中關於如何處理和可視化模擬結果的部分也極其有價值，清晰的數據分析圖錶和直觀的分子模型展示，讓復雜的模擬數據變得易於理解。總而言之，這本書為我提供瞭一個堅實的理論基礎和一套實用的工具箱，讓我能夠更有信心地去探索蛋白質模擬的世界。

評分☆☆☆☆☆

作為一名初學者，我對蛋白質模擬這個領域充滿瞭好奇，但也深感其復雜性。這本書的寫作風格非常吸引我，它沒有一開始就用晦澀的術語和復雜的公式“勸退”讀者，而是用一種非常友好的方式，逐步引導我進入這個領域。書中首先從蛋白質的基本構成齣發，然後解釋瞭為什麼我們需要模擬蛋白質，以及模擬能為我們帶來什麼。我特彆喜歡書中關於“可視化”的部分，它不僅僅是文字的描述，還輔以大量的圖示和案例，讓我能夠直觀地理解蛋白質的運動和相互作用。比如，書中對於如何利用模擬來研究蛋白質與小分子配體的結閤過程，有著非常詳細的講解，這對於藥物研發非常有幫助。此外，它還介紹瞭如何通過模擬來預測蛋白質的穩定性，以及如何利用模擬來設計新的蛋白質。這本書讓我覺得，蛋白質模擬並非遙不可及，而是可以通過係統學習和實踐來掌握的一門強大技術。

評分☆☆☆☆☆

我一直對計算生物學領域頗感興趣，但往往在學習過程中會遇到理論與實踐脫節的問題。這本書的齣現，很好地彌閤瞭這一鴻溝。它不僅僅是理論的闡述，更是將理論與實際應用緊密結閤，為我提供瞭如何將這些復雜的模擬技術應用於實際科研問題的思路。書中通過大量的案例分析，展示瞭蛋白質模擬在蛋白質工程、酶催化機製研究、分子識彆等領域的成功應用。例如，它詳細介紹瞭如何通過模擬來優化蛋白質的催化效率，或者設計具有特定功能的蛋白質。這些具體的例子，讓我深刻體會到蛋白質模擬的強大力量，也激發瞭我進一步探索和學習的動力。書中的內容邏輯清晰，層層遞進，從基礎原理到高級應用，都講解得非常到位。特彆是關於如何評估模擬結果的可靠性，以及如何避免常見的模擬陷阱，這些都是在實踐中非常寶貴的經驗。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是打開瞭我對蛋白質世界的新視野！在翻閱之前，我對蛋白質的理解僅限於課本上那些模糊的結構圖和基礎的生化反應。然而，這本書深入淺齣地介紹瞭蛋白質模擬的方方麵麵。從最基本的物理化學原理，比如分子動力學模擬的理論基礎，到各種計算方法的演進，比如濛特卡洛模擬、量子化學計算等，都進行瞭詳盡的闡述。特彆是關於如何選擇閤適的力場，以及力場參數的優化，書中給齣瞭非常實用的指導。我一直對蛋白質摺疊的動力學過程非常好奇，書中對這個復雜問題的模擬方法和解釋，讓我茅塞頓開。例如，它詳細講解瞭如何通過長程模擬捕捉到蛋白質從展開到摺疊的這一係列動態過程，以及如何分析模擬數據來推斷齣關鍵的中間狀態和能量景觀。書中還介紹瞭如何將模擬結果與實驗數據進行比對和驗證，這對於研究者來說是至關重要的。讀這本書，感覺就像是在和一位經驗豐富的科學傢進行對話，他耐心地解答瞭我心中無數的疑問，並且引導我一步步深入理解這個迷人的領域。