结构生物学-利用电子束和X射线为研究手段

Structural Biology Using Electrons and X-rays

编 者：Michael F.Moody

出 版 社：ELSEVIER

索 书 号：Q71/M817/2011/Y

藏书地点：武大外教中心

这本书用最容易理解的语言介绍了基于衍射和成像原理解析复杂生物大分子结构的方法。读者被假定为那些对如何利用这些方法解释亚细胞下特别奇妙的分子机器世界很感兴趣但由于缺少物理，特别是数学背景知识无法阅读相关文献的生物学家和生物化学家。幸运的是，高等数学方面的一般障碍时可以克服，比如傅立叶转换；这是因为很多原理可以通过直觉来描述，其中符号和计算可以被图形和形象化规则所替代，但并不影响合理结论的得出。这套形象化的理论将在第一部分里面介绍，它们是理解在后面提到的傅立叶变换应用的关键。这部分也成为了让整本书（除第五部分）的数学维持在初等代数水平上的基础，尽管有一些事高等数学的概念。

傅立叶变换应用包括了第二部分（光学，电子光学和衍射理论）和第四部分中图像处理的偏“晶体学”的方法—这些方法用于X射线晶体学以及（特别是）对晶状片层和螺旋结构电子显微图的分析。然而，结构分析也使用其他特殊的技术方法。在理解全同单元如何排列成生物性或者非生物性聚集体时，还需要对称性理论去帮助进行结构的分析。在分析数据时（特别是在使用“单颗粒”方法时），还要用到矩阵方法。所有这些特殊的技术都在第三部分里介绍，此外第三部分还讨论了从二维图像获得三维结构的一般问题。

根据样品固有的不同对称性（晶体，螺旋，多面体病毒和不具对称性性的颗粒），结构解析方法分成了不同类。在第四部分中，这些不同的方法被按照对称性由高到低依次进行介绍。自然地，解析对称性高的晶体结构的方法（第十三章和第十四章）不同于对那些分立的、随机取向的、无对称性的颗粒的解析方法（第十七章）。因此出现了两种不同的结构解析方法。以傅立叶变换为基础的“晶体学”方法适用于有平移对称性的结构（晶体和螺旋结构），而“单颗粒”方法需要相关性和统计学的技术。

为了使新进入到这个领域的人适应，第一到第四部分的只是不需要读者有高等数学方面的知识。然而有些读者可能最终会产生对利用数学语言来描述结构研究的兴趣；所以第五部分为这部分读者提供了一些初等的介绍。虽然这部分内容在理解其他章节时是不需要的，但在理解这个领域的其他书籍或文献时是有用的。

结构学方面的技术方法有很多，所以要想把这些知识全部归总到一本书中可能会缺乏整体的连贯性，因此这本书所选择的内容限制在分子结构测定和以图像为基础的解析方法上。这本书的主题是高分辨率的电子显微学，但是也包括了X射线晶体学-它产生图像。然而，虽然核磁共振方法很重要，但是这部分内容没有涵盖，因为它是一种不同于电子显微学和X射线晶体学的方法，它包含了量子自旋方面的内容。另外，这本书也没有介绍冷冻电子断层方法—它是一个新的连接光学显微和分子结构研究间沟壑的主要桥梁。由于冷冻电子断层方法更侧重于这个沟壑的非分子层面，因此出于实际考虑，这本书中没有包括这部分内容；但是冷冻电子断层方法的光明前景和其三维重构技术的确是本书的一个缺憾。另一个缺憾的地方就是关于后晶体（主要是肌肉）的重构，这个主题曾在一篇文章中提到过。本书对于从事结构生物学，生物物理学等相关学科的学生及研究人员有重要的理论参考价值。

本书目录

前言

第一章：概述

第一部分：傅立叶变换

第二章：相关和卷积

第三章：傅立叶分析基础

第四章：数字傅立叶变换

第五章：滤波

第六章：二维傅立叶变换

第二部分：光学

第七章：几何显微学

第八章：波

第九章：波成像

第三部分：结构分析的一般概念

第十章：对称性

第十一章：统计学和矩阵

第十二章：第三维

第四部分：基于对称性的方法

第十三章：X射线晶体学

第十四章：晶状片层

第十五章：螺旋

第十六章：二十面体对称性颗粒

第十七章：无对称性（“单”）颗粒

第十八章：畸变校正

第五部分：数学基础

第十九章：傅立叶变换数学

第二十章：初等矩阵学

参考文献

附录

（闫俊杰）