Thermal Biophysics of Membranes (Tutorials in Biophysics) pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Wiley-VCH

作者:Thomas Heimburg

出品人:

页数:378

译者:

出版时间:2007-09-18

价格:USD 190.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783527404711

丛书系列:

图书标签:

Membranes
Biophysics
Thermal Physics
Lipids
Proteins
Biological Membranes
Phase Transitions
Spectroscopy
Molecular Dynamics
Simulation

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具体描述

An overview of recent experimental and theoretical developments in the field of the physics of membranes, including new insights from the past decade. The author uses classical thermal physics and physical chemistry to explain our current understanding of the membrane. He looks at domain and 'raft' formation, and discusses it in the context of thermal fluctuations that express themselves in heat capacity and elastic constants. Further topics are lipid-protein interactions, protein binding, and the effect of sterols and anesthetics. Many seemingly unrelated properties of membranes are shown to be intimately intertwined, leading for instance to a coupling between membrane state, domain formation and vesicular shape. This also applies to non-equilibrium phenomena like the propagation of density pulses during nerve activity. Also included is a discussion of the application of computer simulations on membranes.

For both students and researchers of biophysics, biochemistry, physical chemistry, and soft matter physics.

深入探索细胞膜与生物物理学的核心：结构、动力学与功能《Membrane Dynamics and Biological Function》本书旨在为对生物物理学前沿，特别是细胞膜结构、动力学及其在生命活动中扮演的关键角色感兴趣的研究人员、高级本科生和研究生提供一份全面且深入的导论。我们聚焦于解析生物膜的复杂性，探讨从分子层面到组织水平的跨尺度现象，旨在填补传统生物化学与纯粹物理学方法之间的知识鸿沟。第一部分：膜结构的分子基石第一章：脂质双分子层的物理化学基础本章从热力学和统计力学的角度，系统阐述了脂质分子的基本性质及其自组装行为。详细讨论了脂质的相变（如凝胶相、液态晶相、脂筏的形成），吉布斯自由能与临界胶束浓度的关系，以及环境因素（如pH值、离子强度和温度）对膜稳定性的影响。重点解析了拉夫特（Raft）理论的最新发展，包括其热力学驱动力和动态特征。我们将深入探讨特定脂质（如磷脂酰丝氨酸、胆固醇、鞘脂）对膜曲率敏感性和电荷分布的贡献。第二章：膜蛋白的结构解析与嵌入机制生物膜中功能性分子的绝大部分是蛋白质。本章详细介绍了跨膜蛋白和周膜蛋白的结构解析技术，包括X射线晶体学、冷冻电镜（Cryo-EM）以及核磁共振波谱学（NMR）在解析复杂膜蛋白三维结构中的应用与局限性。我们将讨论跨膜螺旋的疏水性分析、膜锚定机制，以及蛋白质-脂质相互作用（LPI）如何影响蛋白质的折叠、稳定性和功能活性。此外，本章还将涵盖膜蛋白的拓扑结构识别与预测的计算方法。第三章：膜的机械特性与形变物理学细胞膜并非静态的屏障，而是高度动态且具有可塑性的结构。本章集中于膜的机械性质，包括双层膜的弯曲刚度（Bending Rigidity）、膜张力、剪切模量以及非对称脂质分布引起的内禀曲率。我们利用界面物理学原理，详细阐述了细胞骨架（如肌动蛋白和微管）与膜相互作用对细胞形态维持和内吞/外排过程的驱动作用。此外，本章探讨了膜融合与分裂过程中涉及的能量势垒和局部形变机制。第二部分：跨膜转运与信号转导的物理机制第四章：通道与转运蛋白的动力学模型本部分深入探讨膜蛋白如何实现物质的选择性跨膜转运。从法拉第的电扩散方程出发，推导了离子通道的经典德拜-胡克尔模型，并引入了量子力学修正以描述离子与孔道壁的精细相互作用。针对非对称转运体（如ABC转运体），本章构建了米氏方程在三相（膜内、膜外、膜内侧）环境下的变体模型，重点分析了构象变化驱动下的“摇摆门”机制。第五章：脂质的侧向扩散与膜重塑动力学细胞膜内部的分子运动是其功能实现的基础。本章利用荧光漂白恢复（FRAP）和单粒子跟踪（SPT）实验技术，量化了脂质、蛋白质和脂筏在二维膜平面上的侧向扩散系数。我们对比了经典Saffman-Delbrück模型与修正的格子气体模型，讨论了细胞骨架网格对分子扩散的“限制”效应（Pinching/Corraling Effect）。此外，本章还覆盖了膜内吞（Endocytosis）和胞吐（Exocytosis）过程中关键酶（如肌醇磷脂酶）如何介导局部脂质组成变化，从而驱动膜泡形成和融合的动力学过程。第六章：信号脂质的合成与转导细胞信号转导网络中，磷脂酰肌醇（PtdIns）及其磷酸化衍生物扮演着“二次信使”的关键角色。本章详细解析了磷脂酰肌醇激酶（PI3K/PTEN）的分子机制，并从膜的电荷和曲率梯度角度，解释了这些信号脂质如何招募特定的效应蛋白（如Akt、Arf蛋白）。我们着重讨论了脂筏作为信号整合平台的物理化学原理，以及膜张力变化如何反馈调节信号蛋白的活性。第三部分：前沿技术与计算模拟方法第七章：探针技术在膜生物物理学中的应用本章介绍了一系列现代实验技术，用以“窥视”膜的微观状态。内容包括：利用荧光共振能量转移（FRET）技术测量分子间距；利用二面角敏感的分子探针（如拉丹原子探针）来确定膜厚度和稠密性；以及利用原子力显微镜（AFM）直接测量单分子力与膜间粘附力。我们还将探讨先进的光谱学方法，如拉曼光谱和二阶谐波生成（SHG）成像在分析膜界面结构方面的潜力。第八章：分子模拟在膜研究中的前沿进展计算生物物理学为理解膜系统提供了不可或缺的工具。本章全面回顾了原子分子动力学（MD）模拟在模拟膜蛋白质动力学、水分子渗透路径以及离子-膜相互作用中的成功案例。我们详细讨论了粗粒化（Coarse-Graining）模型（如MARTINI）如何克服系统尺寸和时间尺度的限制，用于模拟大尺度膜重塑过程。本章的重点在于如何将模拟结果与实验观测数据（如光谱数据和扩散系数）进行有效耦合和验证，构建可预测的膜模型。总结与展望本书的最终目标是整合热力学、流体力学、电化学以及分子生物学知识，提供一个统一的视角来理解细胞膜这一生命活动的核心界面。通过对这些复杂现象的深入剖析，我们期待读者能够构建更精确的生物物理模型，从而推动药物递送、膜修复以及病理状态下细胞通讯机制的研究。目标读者：生物物理学、生物工程学、生物化学、药学、材料科学等领域的研究人员与高年级学生。字数统计：约 1530 字。