生物大分子的动力学分析和应用 生命科学在定量化和信息化研究中的理论核心问题2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

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第一部分 基本原理和基础知识3

第1章 生命科学概论3

1.1 宇宙、地球与生命3

1.1.1 宇宙学、宇宙大爆炸说3

1.1.2 地球的早期演变6

1.1.3 生命的出现和演变8

1.1.4 一些重大事件和学说9

1.2 理论核心问题12

1.2.1 理论核心问题之一：三大基本要素和它们的尺度指标12

1.2.2 不同尺度下的时空观14

1.2.3 时空结构中的数学和物理15

1.2.4 理论核心问题之二：不同学科的综合研究17

1.2.5 理论核心问题之三：能量的表达和转化18

1.2.6 能量表达的类型20

1.3 理论核心问题之四：选择性原理22

1.3.1 宗教和哲学中的讨论22

1.3.2 自然科学中的选择性原理23

1.3.3 选择性原理中的几个关键特征24

1.3.4 选择性原理中存在第四特征的猜想25

1.4 信息实在论27

1.4.1 信息的含义和特征27

1.4.2 信息实在论和关系实在论28

1.4.3 不同尺度背景下的科学和哲学29

第2章 量子理论概述31

2.1 量子力学31

2.1.1 从经典力学到量子力学31

2.1.2 量子力学的数学模型33

2.1.3 量子力学中的一些基本原理35

2.1.4 不确定性原理和对它的讨论37

2.2 原子结构38

2.2.1 氢原子和类氢原子中的电子运动轨道38

2.2.2 原子结构的一般理论41

2.2.3 原子的光谱理论44

2.3 元素结构周期表45

2.3.1 元素周期表的排列方式45

2.3.2 元素结构一览表47

2.3.3 对表2.3.4中有关参数的分析48

2.4 量子物理中的几个特殊问题50

2.4.1 粒子在势能场中的运动50

2.4.2 几种简单运动的量子特征51

2.4.3 二态系统和量子的共振问题54

第3章 量子化学和量子场58

3.1 化学和量子化学的一些记号58

3.1.1 化学键58

3.1.2 基团和分子官能团60

3.1.3 量子化学的模型和记号62

3.2 量子化学中的一些计算问题64

3.2.1 氢原子、氢离子和氢分子的量子化学模型概述64

3.2.2 有关参数和解的讨论67

3.2.3 杂化轨道理论68

3.3 量子场简介70

3.3.1 量子场的一些基本概念70

3.3.2 经典动力场和量子动力场的基本运动方程73

3.3.3 经典动力场的量子化76

3.3.4 由光子和电磁场所产生的量子场78

3.3.5 几个问题的补充说明81

第4章 其他动力学问题83

4.1 热力学及其基本定律83

4.1.1 热力学体系83

4.1.2 热力学第一定律84

4.1.3 热力学第二、第三定律86

4.1.4 统计力学对熵函数的计算87

4.2 量子统计物理学概述89

4.2.1 粒子系统的量子化89

4.2.2 理想气体91

4.2.3 其他微观粒子93

4.3 几种重要类型的化学反应和电化学95

4.3.1 酸碱反应95

4.3.2 氧化和氧化还原反应97

4.3.3 电化学概述99

4.3.4 其他类型的化学反应100

4.4 光电、光化和光合作用101

4.4.1 太阳能概述101

4.4.2 光电和光化作用104

4.4.3 光合作用106

4.4.4 代谢概述109

第5章 分子点线图、分子空间结构和拓扑空间111

5.1 分子点线图111

5.1.1 点线图的一般定义和性质111

5.1.2 分子点线图的表示115

5.1.3 分子点线图的组合和分解及它们在化学反应中的表示117

5.1.4 分子空间结构的点线图表示118

5.2 分子空间结构的几何理论120

5.2.1 分子空间结构的参数系120

5.2.2 空间四原子点的结构和它们的参数系122

5.2.3 多原子点结构的几何分析和它们的参数表达124

5.2.4 不稳定参数的计数问题126

5.3 坐标系和坐标变换127

5.3.1 直角坐标系和它的变换127

5.3.2 直角坐标系和极坐标系129

5.3.3 欧拉角和旋转变换131

5.4 拓扑空间和空间多面体132

5.4.1 集合和拓扑空间132

5.4.2 多边形和空间多面体134

5.4.3 一般线性空间理论和生物大分子的空间结构136

第6章 生物大分子的空间结构分析139

6.1 总体结构和形态相似性分析139

6.1.1 对总体结构的讨论139

6.1.2 空间结构的相似性140

6.2 生物大分子的空间结构分析-11（形态特征的分析）143

6.2.1 深度分析和几何计算143

6.2.2 其他类型深度的定义和性质146

6.2.3 小球滚动法147

6.2.4 多面体收缩法151

6.3 多面体的拟合理论153

6.3.1 多面体拟合的定义和要求154

6.3.2 表面的凹、凸的特性指标155

6.3.3 生物大分子空间结构讨论和分析的意义157

第7章 随机分析158

7.1 随机变量和随机系统158

7.1.1 随机变量及其分布函数158

7.1.2 主成分分析法和随机控制162

7.1.3 随机变量的极限性质163

7.2 几种重要的随机过程165

7.2.1 随机过程概论165

7.2.2 独立随机序列166

7.2.3 泊松过程167

7.2.4 可加过程169

7.2.5 对偶过程和首达时间170

7.2.6 马氏过程的定义171

7.3 布朗运动和更新过程174

7.3.1 布朗运动的定义和基本性质174

7.3.2 布朗运动的极限性质和其他一些分布性质176

7.3.3 布朗运动的函数变换性质177

7.3.4 更新过程178

7.4 复合随机过程180

7.4.1 复合随机过程概述180

7.4.2 复合更新过程181

7.4.3 基因突变序列181

7.4.4 排队过程183

7.5 随机微分方程概论184

7.5.1 随机积分（伊藤积分）和随机微分（伊藤微分）184

7.5.2 随机微分方程的定义和类型185

7.5.3 随机微分方程的性质186

第8章 随机分析应用和神经网络系统187

8.1 朗之万方程及其应用187

8.1.1 朗之万方程的定义和求解187

8.1.2 关于朗之万方程解中参数的讨论190

8.1.3 涨落分析191

8.2 随机分析的其他应用192

8.2.1 基因的突变和比对的随机模型193

8.2.2 基因的突变和比对中的随机过程194

8.2.3 基因突变的A-空间理论和应用196

8.3 神经网络系统概论197

8.3.1 神经网络系统的一些基本知识197

8.3.2 NNS的信息处理过程199

8.3.3 ANNS200

8.4 ANNS中的基本模型和它们的学习算法202

8.4.1 感知器的模型和算法202

8.4.2 HNNS概述204

8.5 其他类型的智能算法的分类206

8.5.1 正向和反向的HNNS206

8.5.2 EM算法及其理论分析208

8.5.3 EM算法的实例计算209

8.5.4 其他算法和算法的分类211

第9章 生物大分子的基本结构213

9.1 糖和脂213

9.1.1 糖类概论213

9.1.2 单糖的结构和类型214

9.1.3 脂类概论216

9.2 氨基酸和蛋白质概论218

9.2.1 氨基酸概论218

9.2.2 氨基酸的结构和表示221

9.2.3 肽链和蛋白质224

9.3 核酸简介227

9.3.1 核苷酸的分子结构227

9.3.2 DNA的双链结构模型229

9.3.3 遗传密码子231

9.3.4 染色体232

9.4 细胞概论234

9.4.1 细胞的类型和结构234

9.4.2 细胞器概述235

9.4.3 原核细胞和真核细胞的比较236

第10章 基因组中的基因识别问题239

10.1 生物信息学中的核酸序列239

10.1.1 基因组概述239

10.1.2 不同类型核酸序列的结构分析242

10.1.3 基因组的其他重要功能特征245

10.2 基因组和染色体的补充性质246

10.2.1 DNA和蛋白质的组合与混合结构246

10.2.2 细胞的有丝分裂和RNA的结构分析248

10.3 原核生物基因组的基因识别问题249

10.3.1 原核生物的基因识别249

10.3.2 ORF序列的定义和生成算法251

10.3.3 对基因识别问题的讨论252

第二部分 信息动力学和分子动力学257

第11章 ID概论和一级结构的ID分析257

11.1 ID概论257

11.1.1 数据库的类型和特征257

11.1.2 ID的基本方法之一：信息统计法259

11.1.3 ID的基本方法之二：组合分析法262

11.1.4 一级结构的词法和句法分析263

11.2 蛋白质一级结构的ID分析266

11.2.1 蛋白质一级结构数据库的选择和特征数的计算266

11.2.2 蛋白质一级结构的ID运动方程268

11.2.3 IDF的频谱分析271

11.2.4 有关频谱分析的讨论和思考273

11.3 基因组的ID分析（信息统计法）274

11.3.1 概论274

11.3.2 IDF的计算结果和分析276

11.3.3 由基因组IDF所产生的词和词法分析279

11.3.4 基因组ID分析的组合分析法281

11.4 原核生物的基因识别问题284

11.4.1 CDS和ORF序列的数据结构285

11.4.2 原核生物的基因识别计算286

11.4.3 基因识别的IDF法288

第12章 蛋白质的三维结构分析290

12.1 氨基酸的空间结构分析290

12.1.1 氨基酸的空间结构模型290

12.1.2 花盆和花架空间结构的参数分析292

12.1.3 氨基酸花枝（侧链）的空间结构特征分析295

12.1.4 氨基酸空间结构的其他计算方法298

12.2 蛋白质主链的三维结构ID分析300

12.2.1 蛋白质的主链结构300

12.2.2 三角形拼接带中的一些其他性质303

12.2.3 中位点曲线的一般性质306

12.3 中位点曲线和蛋白质二级结构分析309

12.3.1 在二级结构分析中的一般分析309

12.3.2 对α螺旋结构的分析310

12.3.3 对β折叠结构的分析312

12.3.4 中位点曲线的应用316

12.3.5 其他二级结构类型和性质320

12.3.6 二肽的折叠系数322

第13章 蛋白质的空间形态的ID分析326

13.1 蛋白质的空间形态的ID分析方法326

13.1.1 有关蛋白质的总体结构和相似性指标的计算326

13.1.2 深度计算结果327

13.1.3 深度倾向性因子329

13.1.4 深度倾向性因子的拟合和预测331

13.2 蛋白质形态特征的实例分析335

13.2.1 蛋白质总体形态特征参数的实例分析335

13.2.2 利用小球滚动法对蛋白质空间结构特征的分析340

13.2.3 多面体拟合和多面体收缩法的实例分析341

13.2.4 关于多面体的拟合问题343

第14章 核酸序列的空间结构分析345

14.1 RNA的二级结构预测和空间结构分析345

14.1.1 RNA概述345

14.1.2 二级结构的动力学分析347

14.1.3 RNA二级结构的性质和预测算法348

14.2 核酸的空间结构351

14.2.1 核酸序列分析概论351

14.2.2 分子官能团［OCCCOP］的空间结构分析353

14.2.3 核苷酸的其他空间结构分析355

14.3 组蛋白的空间结构分析357

14.3.1 DNA的单链结构分析357

14.3.2 DNA双链的空间结构分析360

14.3.3 混合结构分析362

第15章 键动力学364

15.1 键的分析364

15.1.1 键的类型364

15.1.2 键的作用366

15.1.3 生物大分子中键的类型分析367

15.2 对生物大分子中非固定键的搜索和分析368

15.2.1 不同类型键的搜索和分析368

15.2.2 不同分子的动力学倾向性因子372

15.3 蛋白质分子结构的讨论375

15.3.1 问题的由来376

15.3.2 产生一些特殊肽链的可能性377

15.3.3 有关蛋白质结构的讨论378

第16章 生物大分子的空间结构形成和预测380

16.1 空间结构形成中的基本原理380

16.1.1 Anfinsen原理380

16.1.2 生物大分子A在水溶液中的随机运动381

16.1.3 分子聚合团说382

16.1.4 二级结构的预测问题383

16.2 三维结构预测的随机模拟算法385

16.2.1 三维结构的随机运动模型385

16.2.2 二级结构的空间坐标386

16.2.3 三维空间结构的随机运动模型388

16.3 关于复杂度和算法理论的讨论390

16.3.1 复杂度问题390

16.3.2 RNA的空间结构预测问题391

16.3.3 模拟退火算法392

第17章 其他动力学的分析394

17.1 水和水溶液中分子的动力学分析394

17.1.1 水和水分子的基本特征和参数394

17.1.2 分子碰撞的动力学分析395

17.1.3 布朗粒子的动力学特征397

17.2 水溶液中的分子动力学399

17.2.1 分子碰撞的动力学因素399

17.2.2 关于碰撞次数的估计400

17.2.3 碰撞中的动力学模型401

17.2.4 其他运动特征的计算和分析404

17.3 生化反应中的能量问题407

17.3.1 热力学中的能量指标407

17.3.2 可逆反应和化学平衡409

17.3.3 一些重要生化反应的动力学分析409

17.4 分子的振动理论411

17.4.1 概论411

17.4.2 二原子分子振动的计算412

17.4.3 分子振动的测量414

第三部分 动力学分析的应用419

第18章 神经网络系统（NNS）和智能计算419

18.1 神经元的基本特征419

18.1.1 离子和离子的类型419

18.1.2 细胞膜的结构特征420

18.1.3 跨膜蛋白的实例分析421

18.1.4 神经元的状态运动423

18.2 NNS和它的子系统425

18.2.1 子系统的类型425

18.2.2 初级感知器427

18.2.3 不同子系统的关系结构图429

18.2.4 NNS中的其他特征430

18.2.5 高级子系统的实例分析432

18.3 神经元状态的随机分析434

18.3.1 随机分析中的有关参数434

18.3.2 确定神经元运动状态的随机模型434

18.3.3 神经元中的电位、电流的随机过程436

18.3.4 神经元电位、电流变化的示意图436

第19章 NNS和智能计算中的若干理论问题439

19.1 玻尔兹曼机和它的学习理论439

19.1.1 智能计算概论439

19.1.2 玻尔兹曼机（以下简记B-机）的运动模型440

19.1.3 B-机的学习理论442

19.1.4 研究B-机的意义444

19.2 人、机的竞争和博弈445

19.2.1 指标分析445

19.2.2 神经科学研究中的一些问题447

19.2.3 和信息科学理论的结合448

19.2.4 智能计算的未来目标450

19.3 Alignment空间（A-空间）中的广义纠错码450

19.3.1 A-空间和广义纠错码450

19.3.2 广义纠错码的编、译码算法453

19.4 广义纠错码在生物智能计算中的应用454

19.4.1 DNA计算和HPP问题454

19.4.2 HPP的DNA操作455

19.4.3 广义纠错码的应用457

第20章 酶和酶动力学458

20.1 蛋白质的补充性质458

20.1.1 蛋白质的类型458

20.1.2 蛋白质的活性中心460

20.1.3 血红蛋白简介461

20.2 酶学概论464

20.2.1 酶的发现和特性464

20.2.2 酶的命名分类466

20.2.3 按作用对象的分类467

20.2.4 酶学杂谈469

20.2.5 酶的实例分析470

20.3 酶催化效率的动力学分析472

20.3.1 酶的催化原理472

20.3.2 酶催化反应的动力学方程473

20.3.3 酶动力学的微观分析476

20.3.4 酶动力学中的分子振动分析477

20.4 酶的应用和酶工程学概述479

20.4.1 酶的工业生产479

20.4.2 酶的应用481

20.4.3 酶在一些前沿科学研究中的应用482

第21章 免疫系统和病毒484

21.1 免疫系统概述484

21.1.1 子系统和它们的类型484

21.1.2 免疫分子和免疫细胞485

21.1.3 免疫球蛋白的空间结构487

21.1.4 对免疫功能的分析488

21.2 病毒概述489

21.2.1 病毒的结构和类型490

21.2.2 病毒的传播和入侵491

21.2.3 病毒的变异和分析492

21.3 病毒变异的实例分析493

21.3.1 对SARS病毒的分析493

21.3.2 拓扑网络图的正交分解理论495

21.3.3 HIV-II基因组的突变分析496

21.3.4 HIV-II基因组的拓扑网络结构图和分析497

第22章 对第三代生物能源的可行性分析500

22.1 关于生物能源的讨论500

22.1.1 能源问题概论500

22.1.2 第三代生物能源501

22.1.3 可行性问题的探讨502

22.2 技术路线图503

22.2.1 理论分析504

22.2.2 关于水解酶的搜索504

22.2.3 其他类型的反应505

22.3 从科学幻想到科学奇迹507

22.3.1 由信息论和信息科学发展所得到的启示507

22.3.2 生命科学和智能计算的结合507

22.3.3 生命科学和生物能源的结合508

第四部分 附录511

附录一 重要符号的说明511

A.1 不同类型符号的说明511

A.1.1 英文大、小写字母的表示511

A.1.2 希腊字母的表示512

A.1.3 字母与数字的联用表示513

A.2 有关数学公式的表示515

A.2.1 r.v.的p.d.与特征数515

A.2.2 一些数学公式与符号517

A.2.3 空间多面体与图的记号517

A.3 常见的物理量记号、量纲与度量单位518

A.3.1 物理量的量纲和单位518

A.3.2 量子物理中的一些记号519

附录二 重要参数与度量指标521

B.1 基本常数、参数与单位521

B.1.1 基本常数与SI词头521

B.1.2 能量单位与换算表522

B.2 尺度指标524

B.2.1 大小、能量与数量的尺度指标524

B.2.2 大小、能量与数量尺度的其他表示法525

B.2.3 时间与能量尺度527

B.3 一些特殊的指标尺度530

B.3.1 水与水溶液中的一些尺度指标530

B.3.2 与病毒、细胞有关的尺度指标531

B.3.3 与生物能有关的数据533

B.4 有关细胞与NNS中的一些数据信息534

B.4.1 细胞膜的有关数据信息535

B.4.2 人体初级感知器中的有关数据信息536

B.4.3 一些有趣的尺度数据537

参考文献539