Molecular Modeling of Proteins

Molecular Modeling of Proteins pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Kukol, Andreas (EDT)
出品人:
页数:390
译者:
出版时间:
价格:842.00 元
装帧:
isbn号码:9781588298645
丛书系列:
图书标签:
  • 蛋白质建模
  • 分子建模
  • 计算生物学
  • 生物物理学
  • 结构生物学
  • 蛋白质结构
  • 分子动力学
  • 药物设计
  • 生物信息学
  • 计算化学
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具体描述

蛋白质的分子建模:从理论到应用的深度探索 本书并非直接介绍“Molecular Modeling of Proteins”这一特定著作,而是围绕蛋白质分子建模这一广阔而深刻的科学领域,展开一次详尽的知识梳理与探索。它旨在为读者构建一个全面而扎实的理解框架,深入剖析蛋白质分子建模的核心原理、关键技术、前沿应用以及未来发展方向。 第一部分:构建基础——理解蛋白质的分子语言 在开始建模之前,我们必须掌握构成蛋白质世界的基石。本部分将从以下几个关键方面入手: 蛋白质的结构层级: 从氨基酸序列(一级结构)到螺旋、折叠(二级结构),再到三维空间构象(三级结构),直至多亚基复合物(四级结构),我们将详细解析蛋白质结构的形成机制和稳定性来源。理解这些层级对于构建准确的模型至关重要。 影响蛋白质结构的因素: 探讨影响蛋白质折叠和构象的关键因素,包括氨基酸序列本身的特性(疏水性、亲水性、带电性、空间位阻等)、环境因素(pH、离子强度、溶剂极性)以及分子伴侣的作用。 蛋白质的功能与结构的关系: 强调结构决定功能这一核心理念。我们将分析蛋白质特定的三维结构如何与其生物学功能(如酶催化、信号转导、分子识别)紧密关联,并为理解疾病机理和药物设计奠定基础。 实验技术在结构解析中的作用: 简要回顾X射线晶体学、核磁共振波谱(NMR)和冷冻电子显微镜(Cryo-EM)等关键实验技术。这些技术提供了宝贵的实验数据,是验证和指导计算建模的重要依据。 第二部分:建模的核心——原理与方法论 本部分将深入探讨蛋白质分子建模的理论基础和核心计算方法,揭示其如何从理论走向实践。 力场(Force Fields): 这是分子建模的基石。我们将详细介绍各种力场模型,包括其基本组成部分(键长、键角、二面角、范德华力和静电相互作用)以及它们的数学表达形式。讨论不同力场(如AMBER, CHARMM, OPLS)的特点、适用范围和参数化策略。 分子动力学(Molecular Dynamics, MD): 作为一种模拟蛋白质动态行为的强大工具,MD将进行深入解析。我们将讲解牛顿运动方程的求解方法、时间步长的选择、截断半径的应用以及边界条件(如周期性边界条件)。着重阐述MD如何揭示蛋白质的构象变化、折叠过程、配体结合以及与溶剂的相互作用。 蒙特卡洛(Monte Carlo, MC)方法: 介绍MC方法在探索蛋白质构象空间、优化结构以及进行统计力学计算中的应用。讨论如何设计有效的MC采样算法以克服计算瓶颈。 能量最小化(Energy Minimization): 讲解如何通过各种算法(如梯度下降法、共轭梯度法、牛顿法)寻找蛋白质结构的能量低谷,从而优化不精确的初始结构。 构象搜索(Conformational Searching): 探讨如何系统地探索蛋白质庞大的构象空间,识别低能构象,这对理解蛋白质的柔性、功能开关和药物设计至关重要。介绍一些常用的构象搜索策略,如系统扫描、随机取样和基于物理原理的搜索方法。 量子化学方法(Quantum Mechanics, QM): 介绍QM方法在描述化学反应、电子性质以及对特定氨基酸残基进行高精度建模时的重要性。讨论QM/MM(量子化学/分子力学)混合方法的优势,该方法结合了QM的精度和MM的速度,用于模拟反应中心等关键区域。 第三部分:模型构建与应用——从理论到实践 本部分将聚焦于如何实际构建蛋白质模型,并将其应用于解决生物学问题。 从序列到结构(Ab initio Modeling): 介绍如何仅从氨基酸序列出发,预测蛋白质的三维结构。探讨基于同源建模(Homology Modeling)、蛋白质折叠算法(如AlphaFold等)以及基于物理原理的从头预测方法。 结构优化与验证: 讲解如何使用实验数据(如NMR NOEs, X-ray B-factors)和计算指标(如Ramachandran图、能量值)来评估和优化模型。 蛋白质-配体相互作用(Protein-Ligand Interactions): 详细介绍分子对接(Molecular Docking)的技术,包括搜索算法、评分函数以及如何预测配体的结合模式和亲和力。这对于药物发现至关重要。 蛋白质-蛋白质相互作用(Protein-Protein Interactions): 探讨建模技术在预测蛋白质复合物结构、识别相互作用界面以及理解复合物功能中的应用。 酶催化机制模拟(Enzyme Catalysis Simulation): 演示如何利用MD和QM/MM方法来模拟酶的反应机理、过渡态结构和动力学参数,揭示催化过程的细节。 蛋白质稳定性与突变效应预测: 分析建模技术如何预测点突变对蛋白质稳定性、折叠和功能的影响,为理解遗传性疾病和定向进化提供见解。 蛋白质设计(Protein Design): 介绍如何利用建模工具来设计具有新颖功能或改良性质的蛋白质,例如改变酶的活性、提高蛋白质的稳定性或创造新的生物分子。 第四部分:前沿发展与未来展望 本部分将放眼未来,探讨蛋白质分子建模领域的最新进展和潜在发展方向。 AI与机器学习在建模中的融合: 深入讨论深度学习、神经网络等人工智能技术如何革新蛋白质结构预测(如AlphaFold 2的突破性进展)、构象采样和属性预测。 大规模并行计算与高性能计算(HPC): 探讨如何利用HPC集群和GPU加速技术来处理更庞大、更复杂的生物分子体系,实现更长时间尺度和更高精度的模拟。 跨尺度建模(Multiscale Modeling): 介绍如何将原子级别的建模与介观尺度(如粗粒化模型)和连续介质模型相结合,以研究更大、更复杂的生物系统(如细胞器、病毒)。 蛋白质组学与基因组学数据的整合: 探讨如何将高通量实验数据(如蛋白质组学、转录组学)与分子建模相结合,构建更全面的生物模型,理解生命过程。 动态组学(Dynamic Omics)与时间序列建模: 关注如何通过建模来理解生命过程中蛋白质状态的时空动态变化,例如蛋白质的激活、失活和降解过程。 生物物理学与计算科学的交叉: 强调跨学科合作的重要性,以及计算建模在驱动生物学发现和医学创新中的日益增长的作用。 通过对这些方面的深入阐述,本书旨在为读者提供一个关于蛋白质分子建模的全面而深刻的视角,使其能够理解其背后的原理,掌握其关键技术,并能将其应用于解决实际的生物学和医学问题。它不仅是对现有知识的总结,更是对未来研究方向的引导。

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目录信息

读后感

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用户评价

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初次翻阅这本书,便被其清晰的逻辑结构和循序渐进的讲解方式所吸引。即使是蛋白质分子建模这样略显晦涩的主题,作者也能够用生动形象的语言加以阐释,仿佛在引导读者一步步走进一个精密而和谐的分子王国。我特别关注其中关于蛋白质-配体相互作用的研究部分,它对于药物研发至关重要。书中是否会深入探讨分子对接(molecular docking)的原理和方法,包括如何选择合适的力场(force fields)、如何进行高通量筛选(high-throughput screening),以及如何解读对接结果,是我非常期待的。另外,我希望了解书中是否会介绍一些经典的蛋白质-药物相互作用案例分析,通过实际的例子来巩固理论知识,加深对分子对接在药物发现中的实际应用的理解。我对于书中是否会包含一些关于如何评估和优化对接结果的指导性内容也充满兴趣,例如如何利用实验数据来验证模拟结果,以及如何利用更高级的计算方法来提高对接的准确性。此外,了解如何对已知的药物进行基于结构的虚拟筛选,以及如何设计新的化合物以增强其与目标蛋白的亲和力,也是我希望从这本书中获得的重要知识。这本书的序言中提到了一些关于如何克服计算瓶颈和提高模拟效率的探讨,这让我对书中内容充满了更深层次的期待,希望它能够为我解决实际研究中的难题提供有效的解决方案。

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这本书的目录结构非常吸引人,似乎涵盖了蛋白质分子建模的各个方面。我特别关注书中关于计算生物学(computational biology)在蛋白质研究中的应用,以及如何将理论计算与实验数据相结合。我希望了解书中是否会讨论如何利用大数据(big data)和机器学习(machine learning)等技术来加速和改进蛋白质结构预测、功能注释和药物设计。书中是否会介绍一些跨学科的合作模式,例如计算科学家与实验生物学家如何协同工作,共同解决复杂的生物学问题。我期待书中能够提供一些关于如何构建和利用生物信息学数据库,以支持蛋白质分子建模研究的指导。书中对计算生物学方法的广泛介绍,能否提供一些关于如何利用这些方法来揭示复杂生物系统的奥秘,例如细胞内的信号转导网络或生物体的代谢途径,这将让我更深刻地理解计算建模在现代生命科学研究中的核心地位。

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这本书的排版风格非常适合深度阅读,每一页都充满了丰富的信息,但又不至于显得杂乱。我尤其关注其中关于膜蛋白(membrane proteins)的分子建模。膜蛋白在细胞信号传导、物质运输等方面发挥着至关重要的作用,但由于其疏水性和动态性,它们的结构解析和建模具有特殊的挑战性。我希望了解书中是否会详细介绍模拟膜蛋白环境的策略,例如如何构建脂双层模型,以及如何考虑膜的曲率和流动性等因素。书中是否会探讨针对膜蛋白的特殊建模技术,例如如何处理跨膜区域的疏水相互作用,以及如何模拟膜蛋白的构象变化和与脂质的相互作用。我期待书中能够提供一些关于如何解析膜蛋白的三维结构,以及如何利用计算方法来研究它们的生物学功能,例如离子通道的开放和关闭机制,或G蛋白偶联受体(GPCRs)的信号转导过程。书中对膜蛋白建模的深入探讨,能否提供一些实际的研究案例,例如某个重要药物靶点膜蛋白的结构解析和功能模拟,这将极大地提升我对这一复杂领域的理解。

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这本书的视觉呈现给我留下了深刻印象,精美的图表和示意图穿插其中,使得原本枯燥的理论知识变得生动易懂。我特别关注书中关于蛋白质构象变化(conformational changes)的研究。蛋白质并非静止的分子,其功能的实现往往伴随着复杂的构象转变。我希望了解书中是否会深入探讨这些构象变化的驱动因素,例如配体的结合、pH值的改变、磷酸化修饰等。同时,我也期待书中能够介绍一些用于捕捉和分析蛋白质构象变化的方法,例如多构象模型(multi-conformer models)、贝叶斯分析(Bayesian analysis)等。书中是否会包含一些关于如何从实验数据(如X射线晶体学、NMR、冷冻电镜)中提取构象信息,并将其与分子模拟相结合的讨论,这对我理解蛋白质工作机制至关重要。我尤其希望能够学习到如何利用分子动力学模拟来探究蛋白质在不同生理条件下的构象空间,以及如何识别关键的构象状态及其在功能实现中的作用。书中对于蛋白质动态的描述,能否提供一些直观的示例,例如蛋白质开关(protein switches)或变构效应(allosteric effects)的分子机制,这将极大地帮助我理解蛋白质功能的复杂性。

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这本书的出版信息显示其包含了最新的研究进展,这让我对其中的内容充满了好奇。我尤其关注书中关于利用计算方法来设计人工蛋白质(designed proteins)的章节。设计具有特定功能的新型蛋白质,是分子生物学和生物技术领域的前沿课题。我希望了解书中是否会介绍一些设计蛋白质的策略和方法,例如基于已知蛋白质结构的理性设计,或利用人工智能算法进行de novo设计。书中是否会探讨如何预测设计蛋白质的结构稳定性、折叠行为以及预期功能。我期待书中能够提供一些关于如何利用计算工具来优化设计蛋白质的序列和结构,以提高其性能和生物相容性。书中对人工蛋白质设计的深入探讨,能否提供一些关于通过计算设计所创造出的具有新颖催化活性、结合能力或材料特性的蛋白质的案例研究,这将展示计算建模在创新生命科学中的强大潜力。

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尽管我还未深入阅读,但本书在蛋白质同源建模(homology modeling)方面的论述,是我关注的焦点之一。这一技术在解析未知蛋白质结构时扮演着至关重要的角色,尤其是在缺乏直接实验证据的情况下。我非常好奇书中是否会详细介绍同源建模的步骤,从如何寻找高质量的模板结构,到序列比对(sequence alignment)的优化,再到模型构建和最终的质量评估。更重要的是,我希望了解书中是否会深入探讨不同算法在同源建模中的优劣,例如基于框架(framework-based)的方法和基于柔性区域(flexible loop modeling)的方法,以及它们在处理不同类型蛋白质时的适用性。另外,我期待书中能够提供一些关于如何识别和处理模型中的不确定区域,比如未解析的残基或可能存在的错误折叠,以及如何利用旁系同源(parainfluenza)或其他辅助信息来改进模型。书中是否会涵盖一些常用的同源建模软件的介绍和使用教程,这将大大提高我的实践能力。我尤其关注那些能够帮助我理解何时以及如何选择最合适的模板,以及如何有效处理由于模板质量不高或序列差异较大而导致的建模困难的章节。这本书的目录似乎暗示了其会涉及一些关于如何利用同源建模来解释蛋白质功能或指导进一步实验设计的内容,这让我对它的实用价值充满期待。

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我被这本书的严谨性和学术性所吸引。它似乎不仅仅停留在理论层面,更注重实际应用。我特别关注书中关于蛋白质复合物(protein complexes)的组装和稳定性的研究。生物体内许多重要的生命过程都依赖于蛋白质之间的精确组装,形成功能性的复合物。我希望了解书中是否会介绍一些预测蛋白质-蛋白质相互作用界面(protein-protein interaction interfaces)的方法,以及如何评估这些界面的亲和力和特异性。书中是否会探讨如何利用分子动力学模拟来研究蛋白质复合物的动力学稳定性,以及在组装过程中可能出现的中间体。我期待书中能够提供一些关于如何利用计算方法来设计新型蛋白质复合物,或者干扰已有的复合物形成,这在生物技术和药物设计领域具有广泛的应用前景。书中对蛋白质复合物组装机制的深入分析,能否提供一些关于分子机器(molecular machines)或信号复合物(signaling complexes)的案例研究,例如核糖体(ribosome)或蛋白酶体(proteasome)的组装过程,这将极大地帮助我理解蛋白质协同作用的精妙之处。

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这本书的内容深度和广度都让我感到惊喜。我特别关注书中关于蛋白质翻译后修饰(post-translational modifications, PTMs)的分子建模。PTMs是调节蛋白质功能、细胞信号传导以及许多其他生物过程的关键机制。我希望了解书中是否会介绍如何模拟不同类型的PTMs,例如磷酸化、糖基化、乙酰化等,以及它们对蛋白质结构、动力学和相互作用的影响。书中是否会探讨PTMs如何改变蛋白质的局部电荷分布、空间构象或与其他分子的结合能力。我期待书中能够提供一些关于如何利用计算方法来预测PTMs的位点,以及如何研究PTMs在疾病发生和发展中的作用。书中对PTMs分子建模的深入讨论,能否提供一些具体的案例研究,例如某个重要的信号通路中,PTMs如何精妙地调控蛋白质的功能,这将帮助我理解PTMs在生命活动中的关键作用。

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这本书的封面设计简洁而专业,深蓝色的背景搭配银白色的字体,散发着一种严谨的学术气息,让我第一时间就感受到了它所承载内容的深度。虽然我还没有深入阅读,但仅仅从装帧和整体风格来看,我就预感到这是一本能够引领我进入蛋白质分子建模这一复杂而迷人世界的敲门砖。我对其中关于蛋白质三维结构预测的最新算法和技术特别感兴趣,因为这直接关系到理解蛋白质功能、药物设计以及疾病机理等诸多前沿研究方向。书中是否会详细阐述从序列信息到精确三维结构的预测流程,包括各种采样方法、能量最小化技术以及辅助预测工具的应用,是我最期待的。同时,我也好奇作者是否会探讨如何利用分子动力学模拟来研究蛋白质的动态行为,例如折叠过程、构象变化以及与配体的相互作用,这些动态信息往往是静态结构无法完全揭示的。另一个吸引我的地方在于,书中可能会介绍几种主流的蛋白质建模软件,并提供实际操作的指导,这对于初学者来说无疑是极大的福音,能够帮助我们快速上手,将理论知识转化为实际的建模能力。我尤其希望能够学习到如何评估模型质量,识别潜在的误差,并进行必要的优化。总而言之,这本书的初步印象非常积极,让我对即将展开的知识探索充满了期待。

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我对书中关于蛋白质-核酸相互作用(protein-nucleic acid interactions)的章节尤为期待。这类相互作用在生命过程中扮演着核心角色,比如基因表达的调控、DNA复制和修复等。我希望了解书中是否会详细介绍蛋白质如何识别和结合特定的DNA或RNA序列,以及这些相互作用的分子基础。书中是否会探讨各种蛋白质-核酸复合物的结构特征,以及它们的功能意义,例如转录因子如何结合启动子区域,或RNA结合蛋白如何调控mRNA的稳定性和翻译。我期待书中能够介绍一些计算工具和方法,用于研究蛋白质-核酸的亲和力、特异性和动力学,例如静电相互作用分析、疏水性相互作用分析以及自由能计算。另外,我希望了解书中是否会提供一些关于如何设计能够干扰特定蛋白质-核酸相互作用的分子,这在抗病毒药物和基因疗法等领域具有潜在应用。书中对这类相互作用的深入剖析,能否提供一些具体的案例研究,例如特定转录因子与基因启动子结合的分子机制,或病毒蛋白与宿主核酸相互作用的策略,这将有助于我理解理论知识的实际应用。

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