生物納米技術(shù)-來自自然的啟示

內(nèi)容概要

　　生物分子充分體現(xiàn)了納米技術(shù)的柔性和效用，“來自自然的啟示”可以運用于納米尺度機器的設(shè)計。生物納米技術(shù)圍繞著結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)和納米分子技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)展開研究，涉及大量的創(chuàng)新性工作?！渡锛{米技術(shù)：來自自然的啟示》是最早闡明生物納米技術(shù)原理及應(yīng)用的著作之一，是作者為該學(xué)科繪制的一幅“水彩畫”。　　《生物納米技術(shù)：來自自然的啟示》向生物納米技術(shù)專業(yè)人士展示了“來自自然的啟示”如何應(yīng)用到今天的納米技術(shù)之中。書中首先論述了細胞中納米機器的特性，接著轉(zhuǎn)向天然納米機器的結(jié)構(gòu)和功能、以及用于指導(dǎo)納米機器的構(gòu)建，最后幾章闡述了一些應(yīng)用以及目前正在開發(fā)的一些激動人心的生物納米技術(shù)工具和方法，探討了在不遠的將來就會可行的一些技術(shù)。全書體現(xiàn)了下列特色： 闡明了生分大分子的基本結(jié)構(gòu)、納米技術(shù)和系統(tǒng)工程原理； 匯集了大量真實世界的例子，如基因工程中的應(yīng)用等?！　∩茖W(xué)、生物技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、材料工程和制藥工程等領(lǐng)域的高校師生和其他研究人員，閱讀《生物納米技術(shù)：來自自然的啟示》以后會發(fā)現(xiàn)這是一本引導(dǎo)你探索生物納米技術(shù)奇妙世界的很不錯的作品。

書籍目錄

第1章 探索納米技術(shù)1.1 生物技術(shù)和兩周革命1.2 從生物技術(shù)到生物納米技術(shù)1.3 什么是生物納米技術(shù)第2章 生物納米機器在活動2.1 陌生的生物納米機器世界2.1.1 納米水平可忽略重力和慣性力2.1.2 納米機器的原子粒度2.1.3 熱運動是納米水平上的一種重要作用力2.1.4 生物納米機器需要水環(huán)境2.2 現(xiàn)代生物材料2.2.1 大部分天然生物納米機器由蛋白質(zhì)組成2.2.2 核酸攜帶信息2.2.3 脂質(zhì)用于細胞基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)2.2.4 多糖用于專門的結(jié)構(gòu)功能2.3 進化遺產(chǎn)2.3.1 進化對天然生物分子性質(zhì)的重要限制2.4 天然生物納米機器舉例第3章 生物分子設(shè)計和生物技術(shù)3.1 重組DNA技術(shù)3.1.1 利用商業(yè)化酶對DNA進行操作3.1.2 定點突變使基因組發(fā)生特異性改變-3.1.3 具有兩種功能的融合蛋白3.2 單克隆抗體3.3 生物分子結(jié)構(gòu)的測定3.3.1 X射線晶體衍射法對原子結(jié)構(gòu)的分析3.3.2 可以使用核磁共振光譜儀導(dǎo)出原子結(jié)構(gòu)3.3.3 電子顯微鏡表征分子形態(tài)3.3.4 原子力顯微鏡探測生物分子表面3.4 制作分子模型3.4.1 應(yīng)用計算機圖形學(xué)觀測生物納卷機器3.4.2 利用計算機建模預(yù)測生物分子’的結(jié)構(gòu)和功能3.4.3 蛋白質(zhì)折疊問題3.4.4 分子對接模擬（Docking Simulations）預(yù)測生物分子間的相互作用模式3.4.5 計算機輔助分子設(shè)計開發(fā)新功能第4章 生物納米技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理4.1 設(shè)計用于特定環(huán)境的天然生物納米機器4.2 構(gòu)建納米機器的分級策略4.3 原料：生物分子的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性4.3.1 由共價鍵連接的原子組成分子4.3.2 在近距離作用的分散力和排斥力4.3.3 氫鍵提供穩(wěn)定性和專一性4.3.4 帶電原子間形成靜電相互作用4.3.5 疏水效應(yīng)穩(wěn)定水中的生物分子4.4 蛋白質(zhì)的折疊4.4.1 并非所有的蛋白質(zhì)都采用穩(wěn)定結(jié)構(gòu)4.4.2 球蛋白有分級結(jié)構(gòu)4.4.3 穩(wěn)定的球狀結(jié)構(gòu)需要組合設(shè)計策略4.4.4 分子伴侶為折疊提供最理想的環(huán)境4.4.5 剛性可使蛋白質(zhì)在高溫下更加穩(wěn)定4.4.6 很多蛋白質(zhì)利用無序性4.5 自組裝4.5.1 對稱性允許具有確定大小的穩(wěn)定復(fù)合體進行自組裝4.5.2 準(zhǔn)對稱用來構(gòu)建對理想對稱而言過大的組裝體4.5.3 擁擠的條件促進自組裝4.6 自組織4.6.1 脂質(zhì)自組織形成雙分子層4.6.2 脂質(zhì)雙分子層是流動的4.6.3 蛋白質(zhì)可以按照脂質(zhì)雙分子層的自組織方式設(shè)計4.7 分子識別4.7.1 分子識別的Crane原則4.7.2 原子數(shù)目限制結(jié)合部位公差4.8 柔性4.8.1 生物分子在各個水平上表現(xiàn)柔性4.8.2 柔性為生物納米機器設(shè)計帶來了很大的挑戰(zhàn)第5章 生物納米技術(shù)的功能原理5.1 信息驅(qū)動的納米裝配5.1.1 核酸攜帶遺傳信息5.1.2 核糖體合成蛋白質(zhì)5.1.3 信息以緊湊的形式存儲5.2 能量學(xué)5.2.1 利用載體分子來傳遞化學(xué)能5.2.2 專門的小分子捕獲光能5.2.3 蛋白質(zhì)途徑傳遞單一電子5.2.4 在DNA中已經(jīng)觀察到電傳導(dǎo)和電荷轉(zhuǎn)移5.2.5 跨越細胞膜的電化學(xué)梯度5.3 化學(xué)轉(zhuǎn)化5.3.1 酶降低化學(xué)反應(yīng)熵5.3.2 酶創(chuàng)造一個使過渡態(tài)分子穩(wěn)定的環(huán)境5.3.3 酶借助化學(xué)工具完成反應(yīng)5.4 調(diào)節(jié)5.4.1 變構(gòu)運動可調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)活性5.4.2 共價修飾調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的作用5.5 生物材料5.5.1 亞基的螺旋裝配形成原纖維和細纖絲5.5.2 纖維成分構(gòu)建微觀基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)5.5.3 礦物質(zhì)與生物材料結(jié)合滿足特殊用途5.5.4 彈性蛋白利用無序鏈5.5.5 細胞制造的特殊和普通的黏合劑5.6 生物分子馬達5.6.1 以ATP作為動力的直線馬達5.6.2 ATP合成酶和鞭毛馬達是旋轉(zhuǎn)馬達5.6.3 布朗棘輪校正隨機熱運動5.7 跨膜物質(zhì)運輸5.7.1 鉀通道利用選擇透性5.7.2 ABC轉(zhuǎn)運蛋白利用“滾翻”機制進行跨膜運輸5.7.3 細菌視紅紫質(zhì)利用光抽吸質(zhì)子5.8 生物分子傳感5.8.1 嗅覺和味覺檢測特定分子5.8.2 通過監(jiān)測視黃醛中的光敏運動來感測光5.8.3 機械感受器感受跨膜運動5.8.4 細菌通過校正隨機運動感測化學(xué)梯度5.9 自復(fù)制5.9.1 細胞是自發(fā)的自復(fù)制體5.9.2 細胞的基本設(shè)計由進化過程確定5.10 機器態(tài)生物納米技術(shù)5.10.1 肌肉肌原纖維節(jié)5.10.2 神經(jīng)第6章 當(dāng)今生物納米技術(shù)6.1 基本能力6.1.1 簡化天然蛋白質(zhì)6.1.2 從零開始設(shè)計蛋白質(zhì)6.1.3 蛋白質(zhì)可以由非天然氨基酸構(gòu)成6.1.4 肽核酸為DNA和RNA提供穩(wěn)定的選擇性6.2 今天的納米醫(yī)學(xué)6.2.1 計算機輔助藥物設(shè)計已經(jīng)產(chǎn)生有效的抗艾滋病藥物6.2.2 免疫毒素是目標(biāo)細胞的殺手6.2.3 脂質(zhì)體運輸藥物6.2.4 人造血可以挽救生命6.2.5 基因治療糾正基因缺陷6.2.6 通用醫(yī)學(xué)走向個人化醫(yī)學(xué)6.3 各種水平的自組裝6.3.1 自組裝的DNA支架已經(jīng)構(gòu)建6.3.2 環(huán)肽形成納米管6.3.3 融合蛋白自組裝成伸展結(jié)構(gòu)6.3.4 小的有機分子自組裝成大的結(jié)構(gòu)6.3.5 大的物體可以自組裝6.4 利用分子馬達6.4.1 ATP合成酶用作旋轉(zhuǎn)馬達6.4.2 用DNA構(gòu)建分子機器6.5 DNA計算機6.5.1 第一個DNA計算機解決貨郎擔(dān)問題6.5.2 用DNA計算機解決可滿足性問題6.5.3 DNA制造圖靈機6.6 利用生物學(xué)選擇進行分子設(shè)計6.6.1 抗體可以轉(zhuǎn)變成酶6.6.2 利用噬菌體展示庫篩選肽6.6.3 可以選出具有新功能的核酸6.6.4 功能性生物納米機器令人吃驚地普遍存在6.7 人造生命6.7.1 通過出芽繁殖人工原細胞6.7.2 自復(fù)制分子是一個難以捉摸的目標(biāo)6.7.3 通過人工光合作用利用脂質(zhì)體合成ATP6.7.4 只用一個遺傳藍圖構(gòu)建脊髓灰質(zhì)炎病毒6.8 雜交分子6.8.1 利用DNA構(gòu)建納米金屬導(dǎo)線6.8.2 利用DNA形成金納米顆粒的規(guī)則聚集6.8.3 機械DNA杠桿6.8.4 利用生物礦化作用6.9 生物傳感器6.9.1 抗體廣泛地用作生物傳感器6.9.2 生物傳感器檢測葡萄糖水平來控制糖尿病6.9.3 設(shè)計納米孔檢測特定的DNA序列第7章 生物納米技術(shù)的未來7.1 生物納米技術(shù)的時間表7.2 分子納米技術(shù)的啟示7.3 三個實例研究7.3.1 實例研究一：合成納米管7.3.2 實例研究二：普通納米尺寸的裝配體7.3.3 實例研究三：納米監(jiān)測7.4 倫理因素7.4.1 尊重生命7.4.2 潛在的危險7.4.3 最后的思考參考文獻索引

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