Dynamics of Molecular Biology

作者：Erik Pierre

出版：Syrawood Publishing House

索书号：Q7/D997/2019/Y

ISBN: 978-1-68286-651-1

藏书地点：武大外教中心

生物大分子是生物体生命活动的直接执行者。比如，细胞粘附分子及其配体间的特异性相互作用，是介导细胞聚集和粘附动力学行为、实现细胞功能的必要媒介；信号蛋白分子是感受、传递并转导细胞信号的桥梁；通道蛋白分子是维持细胞内外小分子物质及其离子平衡的决定因素等。而生物大分子的微观结构特征及其动力学信息，是实现、调控其生物学功能的基础和关键。例如，受体-配体间的特异性识别需要结构上特异性的匹配；信号分子不同结构态之间的变构是将上游信号传递给下游，从而启动信号传递和转导的重要途径；不同通道蛋白的结构特征是特异性识别不同通透物质、调控通透门控机制的基础等。因此，考察生物大分子的微观结构动力学特征，是理解其结构-功能关系的重要研究内容。

X-射线晶体衍射、核磁共振波谱和电镜三维重构是研究生物大分子结构的三种主要实验方法。其中，核磁共振波谱技术是能够在原子分辨率下测定溶液中生物大分子三维、动态结构的唯方法，但目前还受到待测蛋白分子量的限制，仅能测量分子量相对较小的分子。电镜三，维重构是一种新型的结构生物学研究方法，一方面，其解析生物大分子复合体结构的分辨率日益提高，可以提供大蛋白分子或复合体的精细结构；另一方面,还可以解析生物大分子在不同功能状态下的结构及变化，对于揭示生物大分子复合体结构的作用机理具有重要作用；而且，该方法比较适合研究分子量巨大、组成复杂、具有结构多样性的生物大分子复合体。但相对其他两种手段来讲，电镜三维重构技术目前的分辨率还较低，通常得到的是生物大分子的外在轮廓或主链信息。X-射线晶体衍射是比较经典的结构生物学研究方法，精度较高，而且适用对象范围较宽，但其缺点是尚无法得到动态结构信息，而且，大分子可否结晶以及结晶的好坏也是限制该技术的瓶颈之一。综上所述，结构生物学主要研究方法的发展为诠释生物大分子功能的结构基础提供了强有力的技术支持，大大推动了生物大分子结构-功能关系的研究。但基于各自的技术特点，目前还没有可以提供动态的高精度结构信息的有效实验手段，而且，由于实验设备、实验技术、实验样品准备、实验周期及实验成本等的限制，难以在普通的生物学实验室得到普及。

随着计算机技术的发展，计算科学在科学研究中占据越来越重要的地位，而分子动力学模拟(molecular dynamics simulation, MDS)作为计算科学的重要研究手段之一，以其可以同时提供高空间分辨率微观结构信息及高时间分辨率结构动力学信息的独特优势，在生物大分子微观结构动力学研究中发挥着重要作用。目前，MDS与实验手段相结合，在生物大分子结构-功能关系研究中得到越来越广泛的应用。

分子动力学（MD）模拟是研究蛋白质、DNA等生物大分子动态行为的有力工具。它能够通过模拟生物大分子在三维空间的运动状态，在生物分子发挥生理功能的作用机制，小分子与潜在靶点的识别等科学问题上提供帮助。然而，受限于目前的计算能力限制，目前主流硬件通常在数十万个原子、数百纳秒的尺度内进行MD模拟。若需要在更大的时空尺度考察生物大分子动态行为，则需要依赖高算力的超级计算机或云计算平台。在这一方面，来自纽约的D. E. Shaw Research公司多年来一直致力于开发专用于MD模拟的超级计算机，名为Anton系列。其分别于2008年和2013年推出的Anton和Anton 2处理长时间MD模拟任务的性能比当时先行最优的硬件还要高2-3个数量级。最近，他们发表了题为《Anton 3: twentymicroseconds of molecular dynamics simulation before lunch》的论文，标志着Anton3的问世。相比与Anton 2，Anton 3的计算性能再次提升了一个数量级，在512个节点并行处理下，能够对达100万个原子的大体系，每天进行超过100微秒量级的MD模拟。

生物力学是结合生物学与力学的原理和方法，研究生命体运动和变形的学科。其研究内容包括器官、组织、细胞、分子、基因等具有不同时间和空间特征尺度的多层次耦联行为。分子生物力学是生物力学研究中的重要组成部分，其关注重点是定量研究生物大分子的力学-化学耦合规律，主要研究内容包括定量描述生物大分子间特异性相互作用动力学、蛋白质组装动力学、作用力对蛋白质间相互作用的调控等。随着分子生物力学研究技术与方法(如微管吸吮术、原子力显微术、光摄、生物膜力探针和平行流动腔等)的发展，以及其理论模型(如小系统概率动力学模型、一阶不可逆反应动力学、动力学力谱等)的不断完善，分子生物力学的研究不断深入。基于此，在炎症级联反应、肿瘤转移等病理生理过程中起重要作用的选择素-配体、整合素-配体反应动力学及其外力调控规律得到了很好的定量描述，并先后发现了与物理直观相悖的“逆锁键"行为。已有研究表明，不同分子体系具有各自独特的反应动力学特性，而且对外界物理因素(比如外力)的响应规律也存在差别；为研究分子体系的内在机理，同样需要其微观结构动力学信息，以解释其定量生物力学规律的差异，从而更好地理解其生物学功能。因此，分子动力学模拟同样是分子生物力学研究中考察微观结构动力学基础的重要研究手段。

《分子生物动力学》一书于2019年由Syrawood Publishing House出版，作者为Erik Pierre。

《分子生物动力学》一书，作者展现了分子生物动力学研究领域中的一些最新研究，讨论的主题主要包括植物中的RT-qPCR，调控蛋白及一些转录因子参与的基因在RNA水平的调控。《分子生物动力学》旨在为分子生物学和生物化学专业的本科生、研究生以及想要了解分子生物动力学相关内容的人员提供简明易懂的介绍。

《分子生物动力学》一书作为细胞生物学专业研究读物，内容全面，语言浅显易懂，除此之外，还包括一些其他的特点：

1、本书在每一章的结尾突出对未来潜力的展望，以激发在这一令人兴奋和富有成果的研究领域继续研究的新思想和动机。

2、分子生物学是研究生物分子及其在细胞不同系统中的活动和相互作用的学科。这一研究领域与其他科学领域的研究如遗传学、生物信息学、免疫学、生物化学等相关。分子克隆、凝胶电泳和聚合酶链反应是分子生物学的重要技术。本书包括了这一领域的不同研究思路、评价、方法论和前沿研究。

3、本书的最后还列有涉及到的专业名词的索引，方便读者查找。

总的说来，《分子生物动力学》一书为想要了解分子生物动力学的人员提供了清晰的导读路径，作为分子生物学和生物化学领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。

本书目录：

前言

第1章如何在植物中准确地进行RT-qPCR？杜鹃(Rhododendron simsii)杂交群体花色基因表达的研究

Fllen De Kevser. Laurence Desmet, Erik Van Bockstaele, Jan De Riek

第2章根癌农杆菌介导的燕麦镰刀菌遗传转化及USER-Brick载体构建系统的开发

Lisette Quaade Sarensen, Erik Lysge, Jesper Erup Larsen, Paiman khorsanda - jamal,Kristian Fog Nielsen, Rasmus John Normand Frandsen

第3章 VprBP (DCAF1)作为一种混杂底物识别亚基，结合RING-家族CRL4和HECT-家族EDD/UBR5 E3泛素连接酶

Tadashi Nakagawa, Koushik Mondal, Patrick C Swanson

第4章解剖肌盲样蛋白剪接激活和抑制所必需的结构域1

Christopher Edge, Clare Gooding, Christopher WJ Smith

第5章哺乳动物小体末端连接的保真度及Metnase对关节加工的影响

Abhijit Rath, Robert Hromas, Arrigo De Benedetti

第6章生化三步选择：从嗜热菌scotoductus中克隆原型IIS/IIC/IIG类限制性内切酶甲基转移酶Tsol

Piotr M Skowron, Jolanta Vitkute, Danute Ramanauskaite, Goda Mitkaite,Joanna Jezewska-Frackowiak, Joanna Zebrowska, Agnieszka Zylicz-Stachula, Arvydas Lubys

第7章对超嗜热太古菌Sulfolobus solfataricus两种反向旋回的细胞参与的洞察

Mohea Couturier, Anna H Bizard, Florence Garnier, Marc Nadal

第8章配对样转录因子协同激活非洲爪蟾视紫红质转录

Sarah E Reks, Vera Mcllvain, Xinming Zhuo, Barry E Knox

第9章中国二化螟(Chilo suppressalis, Walker)系统发育研究候选标记piggyBac类转座子的分子特征分析

Guang-Hua Luo, Xiao-Huan Li, Zhao-Jun Han, Hui-Fang Guo, Qiong Yang, Min Wu, Zhi-Chun Zhang, Bao-Sheng Liu, Lu Qian, Ji-Chao Fang

第10章海洋硅藻多列拟菱形藻软骨藻酸生产分析的基因表达研究

Katie Rose Boissonneault, Brooks M Henningsen, Stephen S Bates,Deborah L Robertson, Sean Milton, Jerry Pelletier,Deborah A Hogan, David E Housman

第11章 APOBEC3抑制DEAD-END功能调控microRNA活性

Mark D Stenglein, April J Schumacher, Zachary L Demorest, Reuben S Harrisz,Sara Ali, Namrata Karki, Chitralekha Bhattacharya, Rui Zhu, Donna A MacDuff,Angabin Matin, Sita Aggarwal

第12章基于荧光的核糖体组装景观监测

Rainer Nikolay, Renate Schloemer, Silke Mueller, Elke Deuerling

第13章核因子白细胞介素-6和激活蛋白-1对虹鳟MT-A基因的差异调控

Peter Kling, Carina Modig, Huthayfa Mujahed, Hazem Khalaf,Jonas von Hofsten, Per-Erik Olsson

第14章克隆嵌合cDNA编码定制融合蛋白到任何Gateway目的表达载体上的质粒工具包

Raquel Buj, Noa Iglesias, Anna M Planas, Tomas Santalucía

第15章探索转录激活因子类效应器支架的多功能性，以扩大设计核酸酶的工具箱

Alexandre Juillerat, Marine Beurdeley, Julien Valton, Séverine Thomas,Gwendoline Dubois, Mikhail Zaslavskiy, Jérome Mikolajczak, Fabian Bietz，George H Silva, Aymeric Duclert, Fayza Daboussi, Philippe Duchateau

第16章白背飞虱Halloween基因spook的分子克隆和RNA干扰介导的功能表征

Shuang Jia, Pin-Jun Wan, Li-Tao Zhou, Li-Li Mu, Guo-Qing Li

第17章用RNA刺入降低QubitTM RNA HS检测的定量限制

Xin Li, Iddo Z Ben-Dov, Maurizio Mauro, Zev Williams

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胡萌欣武汉大学生命科学学院博士