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(yùn)用于納米尺度機(jī)器的設(shè)計(jì)。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”?！　　渡锛{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(xì)胞中納米機(jī)器的特性，接著轉(zhuǎn)向天然納米機(jī)器的結(jié)構(gòu)和功能、以及用于指導(dǎo)納米機(jī)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(dòng)人心的生物納米技術(shù)工具和方法，探討了在不遠(yuǎn)的將來就會(huì)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(shí)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(huì)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(cuò)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(jī)器在活動(dòng)2.1 陌生的生物納米機(jī)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(jī)器的原子粒度2.1.3 熱運(yùn)動(dòng)是納米水平上的一種重要作用力2.1.4 生物納米機(jī)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(jī)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(xì)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(jìn)化遺產(chǎn)2.3.1 進(jìn)化對(duì)天然生物分子性質(zhì)的重要限制2.4 天然生物納米機(jī)器舉例第3章 生物分子設(shè)計(jì)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(duì)DNA進(jìn)行操作3.1.2 定點(diǎn)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(cè)定3.3.1 X射線晶體衍射法對(duì)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(cè)生物分子表面3.4 制作分子模型3.4.1 應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)觀測(cè)生物納卷機(jī)器3.4.2 利用計(jì)算機(jī)建模預(yù)測(cè)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(duì)接模擬（Docking Simulations）預(yù)測(cè)生物分子間的相互作用模式3.4.5 計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)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(jì)用于特定環(huán)境的天然生物納米機(jī)器4.2 構(gòu)建納米機(jī)器的分級(jí)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(jià)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(jí)結(jié)構(gòu)4.4.3 穩(wěn)定的球狀結(jié)構(gòu)需要組合設(shè)計(jì)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(duì)稱性允許具有確定大小的穩(wěn)定復(fù)合體進(jìn)行自組裝4.5.2 準(zhǔn)對(duì)稱用來構(gòu)建對(duì)理想對(duì)稱而言過大的組裝體4.5.3 擁擠的條件促進(jìn)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(dòng)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(jì)4.7 分子識(shí)別4.7.1 分子識(shí)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(gè)水平上表現(xiàn)柔性4.8.2 柔性為生物納米機(jī)器設(shè)計(jì)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(dòng)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(chǔ)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(xì)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(gè)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(yùn)動(dòng)可調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)活性5.4.2 共價(jià)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(xì)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(xì)胞制造的特殊和普通的黏合劑5.6 生物分子馬達(dá)5.6.1 以ATP作為動(dòng)力的直線馬達(dá)5.6.2 ATP合成酶和鞭毛馬達(dá)是旋轉(zhuǎn)馬達(dá)5.6.3 布朗棘輪校正隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)5.7 跨膜物質(zhì)運(yùn)輸5.7.1 鉀通道利用選擇透性5.7.2 ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白利用“滾翻”機(jī)制進(jìn)行跨膜運(yùn)輸5.7.3 細(xì)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(cè)特定分子5.8.2 通過監(jiān)測(cè)視黃醛中的光敏運(yùn)動(dòng)來感測(cè)光5.8.3 機(jī)械感受器感受跨膜運(yùn)動(dòng)5.8.4 細(xì)菌通過校正隨機(jī)運(yùn)動(dòng)感測(cè)化學(xué)梯度5.9 自復(fù)制5.9.1 細(xì)胞是自發(fā)的自復(fù)制體5.9.2 細(xì)胞的基本設(shè)計(jì)由進(jìn)化過程確定5.10 機(jī)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(jiǎn)化天然蛋白質(zhì)6.1.2 從零開始設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)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(xì)胞的殺手6.2.3 脂質(zhì)體運(yùn)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(gè)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(jī)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(dá)6.4.1 ATP合成酶用作旋轉(zhuǎn)馬達(dá)6.4.2 用DNA構(gòu)建分子機(jī)器6.5 DNA計(jì)算機(jī)6.5.1 第一個(gè)DNA計(jì)算機(jī)解決貨郎擔(dān)問題6.5.2 用DNA計(jì)算機(jī)解決可滿足性問題6.5.3 DNA制造圖靈機(jī)6.6 利用生物學(xué)選擇進(jìn)行分子設(shè)計(jì)6.6.1 抗體可以轉(zhuǎn)變成酶6.6.2 利用噬菌體展示庫(kù)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(jī)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(xì)胞6.7.2 自復(fù)制分子是一個(gè)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(gè)遺傳藍(lán)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(jī)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(cè)葡萄糖水平來控制糖尿病6.9.3 設(shè)計(jì)納米孔檢測(cè)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(shí)間表7.2 分子納米技術(shù)的啟示7.3 三個(gè)實(shí)例研究7.3.1 實(shí)例研究一：合成納米管7.3.2 實(shí)例研究二：普通納米尺寸的裝配體7.3.3 實(shí)例研究三：納米監(jiān)測(cè)7.4 倫理因素7.4.1 尊重生命7.4.2 潛在的危險(xiǎn)7.4.3 最后的思考參考文獻(xiàn)索引

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