《结构生物学——利用电子束河X射线作为研究手段》从一个全新的角度讲解了高分辨率电子显微技术、X射线晶体学技术和三维重构技术——利用图形和简单的符号运算向读者讲解了诸如傅立叶变换、卷积、相关性、对称操作、衍射和滤波等比较复杂的数学概念，并在此基础上，深入浅出地讲解了几何电子光学、电子显微成像原理、晶体X射线衍射原理以及各种基于对称性的结构解析方法（如晶体学方法、螺旋样品、二十面体、“单颗粒”样品）。
本书除了适合那些希望学习结构生物学技术（特别是电镜三维重构技术），但是缺乏足够数理知识的生物学背景（生物化学与分子生物学、细胞生物学、医学等专业）的读者以外，对于从事结构生物学研究的专业人员来说，也是一本值得阅读的书籍——从直观的角度对结构生物学的两大研究方法进行统一的认识。此外，本书非常适合作为低温电子显微三维重构技术课程的教学参考书。
样章试读
目录
- 前言
第一章:概述
1.1 分子结构生物学的地位
1.2 分子结构生物学简史
1.2.1 问题的本质
1.2.2 成像技术
1.2.3 核磁共振
1.2.4 获取生物大分子结构的根本限制因素
第一部分:傅立叶变换
第二章:相关和卷积
2.1 介绍“相关”的概念
2.1.1 互相关
2.1.2 互相关函数
2.1.3 “相关”与乘法的联系
2.1.4 卷积和相关
2.2 函数的奇偶性
2.2.1 偶函数和奇函数
2.2.2 一些偶函数和它们的互相关函数
2.3 自相关函数
2.3.1 自相关函数的解释
2.3.2 确定自相关函数中央峰的位置
第三章:傅立叶分析基础
3.1 基分量函数
3.2 周期偶函数的傅立叶分析
3.2.1 傅立叶基分量和图解
3.2.2 梳状函数的傅立叶分析
3.3 正弦函数和相量
3.3.1 奇函数的傅立叶级数
3.3.2 正弦函数的表示:相量
3.3.3 相量的乘法
3.3.4 相量的加法
3.3.5 相量共轭
3.3.6 相量波
3.3.7 一般函数的傅立叶级数
3.4 傅立叶变换
3.4.1 傅立叶级数和变换
3.4.2 峰函数的傅立叶变换
3.4.3 傅立叶逆变换
3.4.4 卷积定理
3.4.5 格点采样和卷积定理
3.4.6 互相关函数和卷积定理
3.4.7 平移规则
3.4.8 选择傅立叶变换的原点
3.5 变换法则小结
3.5.1 傅立叶变换和其逆变换
3.5.2 代数法则
3.5.3 等距移动法则
3.5.4 形变法则
第四章:数字傅立叶变换
4.1 数据采集
4.1.1 采样的影响
4.1.2 数字化方程
4.1.3 一个数字傅立叶变换的例子
4.1.4 分辨率和光栅尺寸
4.1.5 采样频率和失真
4.1.6 数字傅立叶变换所需要的样品参数
4.2 数字傅立叶变化的特点
4.2.1 振幅缩放法则
4.2.2 子周期
4.3 数字傅立叶变换的计算
4.3.1 基本计算
4.3.2 快速傅立叶变换:简介
4.3.3 快速傅立叶变换:核心技巧
4.4 附录
4.4.1 振幅缩放法则
第五章:滤波
5.1 引言
5.1.1 滤波的概念
5.1.2 简单滤波操作
5.2 模糊滤波器
5.2.1 矩形滤波器
5.2.2 收敛到等价
5.3 数字模拟转换
5.3.1 采样曲线的插值
5.3.2 采样定理
5.4 校正模糊滤波器
5.4.1 对比衬度传递函数校正:威纳滤波器
5.4.2 模糊校正滤波器:一般方法
5.4.3 锐化滤波器
5.5 梯度和微商
5.5.1 引言
5.5.2 梯度函数的傅立叶变换
5.5.3 脉冲响应函数的傅立叶变换
第六章:二维傅立叶变换
6.1 二维傅立叶变化法则
6.1.1 从一维到二维的转变
6.1.2 二维傅立叶变换中法则的变化
6.1.3 三维傅立叶变换中法则的变化
6.2 点和线
6.2.1 线和点阵
6.2.2 倒易点阵和晶面
6.2.3 晶胞内结构
6.3 多边形
6.3.1 “点多边形”的自相关函数
6.3.2 “点多边形”的傅立叶变换
6.3.3 均匀多边形和采样定理
6.4 极坐标
6.4.1 Jinc函数
6.4.2 贝塞尔函数:J_0
6.4.3 贝塞尔函数:高阶
第二部分:光学
第七章:几何显微学
7.1 光学显微学
7.1.1 针孔照相机
7.1.2 单透镜显微镜
7.1.3 复显微镜
7.1.4 色差和几何像差
7.1.5 旋转对称畸变像差
7.1.6 无旋转对称性
7.2 电子显微学
7.2.1 简单的电子显微镜
7.2.2 在简单电子显微镜基础上的改进
7.2.3 电子显微镜样品制备技术
7.3 电子透镜像差
7.3.1 色差
7.3.2 几何像差
7.4 对比度源由
7.4.1 弹性散射和非弹性散射
7.4.2 相位差:一般考虑
7.4.3 欠焦量引起的折射(相位)衬度
7.4.4 分析电子显微镜成像的缺陷
7.4.5 脉冲响应
第八章:波
8.1 波的性质
8.1.1 什么是波?
8.1.2 衍射简介
8.2 量子性的电子
8.2.1 电子的波动性
8.2.2 波和粒子
8.3 菲涅耳衍射
8.3.1 双缝衍射
8.4 夫琅和费衍射
8.4.1 夫琅和费衍射的傅立叶变换本质
8.4.2 光的衍射
8.4.3 一般的夫琅和费衍射:反射/Ewald球
8.5 附录
8.5.1 共振现象将散射和谱学联系在一起
8.5.2大圆近似
第九章:波成像
9.1 波成像概述
9.1.1 二次衍射成像
9.2 欠焦量
9.2.1 参考球面波(近似平面)
9.2.2薄样品的正弦分量
9.2.3 二次衍射理想成像
9.2.4 欠焦成像
9.2.5 欠焦量对振幅衬度和相位衬度得影响
9.2.6 欠焦量、波长和空间频率对相位衬度传递函数的影响
9.2.7 相位衬度传递函数校正
9.3 其他像差
9.3.1 像散
9.3.2 球差
9.3.3 奇像差:彗差
9.4 附录:像差的相移几何学
第三部分:结构分析的一般概念
第十章:对称性
10.1 原理
10.1.1 对称性简介
10.1.2 对称操作
10.1.3 对称操作的集合:群
10.2 一维平移群
10.2.1 一维群
10.2.2 Frieze群
10.2.3 螺旋
10.3 二维平移群
10.3.1 一般原理
10.3.2 “单面”或“投影”平面群
10.3.3“双面”平面群
10.4 三维平移群
10.4.1 三维空间里的旋转
10.4.2 柏拉图多面体
10.4.3 三维晶体学群
10.5 晶体学对称操作的傅立叶变换
10.5.1 平移
10.5.2 旋转
10.5.3 螺旋轴
第十一章:统计学和矩阵
11.1 统计学
11.1.1 基本原理
11.1.2 噪声的傅立叶变换
11.1.3 测量量的平均值
11.1.4 测量量的精确度
11.1.5 直线拟合
11.1.6 主成分分析
11.1.7 傅立叶变换的插值
11.2 矩阵
11.2.1均匀形变和矩阵特征值方法
11.2.2 多维能面
11.2.3 简单系统的能量最低化
11.2.4 对位参数的优化
11.3 结构优化和模拟
11.3.1 复杂系统的能量最低化
11.3.2 结构精修:核磁与成像的比较
11.3.3 动力学和简振模式
11.4 附录
11.4.1 随机行走
第十二章:第三维
12.1 深入分析倾转
12.1.1 “视球”和它的傅立叶变换
12.1.2 倾转和三维分辨率
12.1.3 对称结构的倾转
12.1.4 收集倾转数据
12.2 颗粒图像对位
12.2.1 对位方法概述
12.2.2 三个平移量和三个旋转量(3T+3R)定义一个颗粒的方位
12.2.3 旋转量的表示方法:欧拉角和球级坐标角
12.2.4 对位参数(3T+3R)的分类
12.3 颗粒图像所携带的信息
12.3.1 原始图像
12.3.2 信息,分辨率和傅立叶变换
12.4 三位重构:原理
12.4.1 傅立叶三维重构和背投影
12.4.2 一个实空间和傅立叶空间的例子
12.4.3 对粗糙重构方法的改进
12.4.4 精修和手性
第四部分:基于对称性的方法
第十三章:X射线晶体学
13.1 引言
13.1.1 厚样品
13.1.2 厚晶体的X射线研究
13.2 样品和数据收集
13.2.1 蛋白质晶体
13.2.2 仪器学
13.2.3 收集数据集
13.2.4 数据集的预分析
13.3 从头获取相位
13.3.1 相位问题
13.3.2 加重原子并寻找其位置
13.3.3 获得相位信息
13.3.4 改变X射线:反常散射
13.3.5 同晶置换和反常散射的应用
13.4 其它相位解析的方法
13.4.1 外部信息、相同晶格:插值傅立叶
13.4.2 外部信息、不同晶格:分子置换
13.4.3 内在信息:冗余度
第十四章:晶状片层
14.1 电子与X射线
14.1.1 差别
14.1.2 样品
14.1.3 图像分析
14.2 电子衍射
14.2.1 使用
14.2.2 倾转几何:缺失椎
14.2.3 记录和处理数据
14.3 二维成像
14.3.1 可行性
14.3.2 投影
14.4 三维成像
14.4.1 收集和整合数据
14.4.2 衬度传递函数校正:倾转传递函数
第十五章:螺旋
15.1 螺旋对称性和结构
15.1.1 螺旋对称群
15.1.2 无旋转对称的螺旋点阵
15.1.3 有旋转对称的螺旋点阵
15.1.4 螺旋结构和亚单元结构的关系
15.2 螺旋傅立叶变换
15.2.1 柱傅立叶变换(φ,z)和(n,z)图
15.2.2 径向傅立叶变换:振幅
15.2.3 径向傅立叶变换:相位
15.2.4 整体傅立叶变换:原子
15.2.5 G函数和径向反演
15.3 从螺旋的衍射数据获得结构
15.3.1 指标化
15.3.2 层线交叠
15.3.3 倾斜校正
15.3.4 手性
15.3.5 平均
第十六章:二十面体对称性颗粒
16.1 三角面多面体
16.1.1 “柏拉图”多面体
16.1.2 病毒衣壳
16.1.3 三角面多面体的曲率
16.2 投影
16.3 三维重构
16.3.1 等价线
16.3.2 低温成像的问题
16.3.3 级坐标傅立叶变换
16.3.4 确定颗粒方向的其它方法
16.3.5 傅立叶变换:插值和反演
16.4 附录:T分数的计算
第十七章:无对称性(“单”)颗粒
17.1 引言
17.1.1 发展单颗粒方法的原因
17.2 对位
17.2.1 对具有不同(2T+R)参数颗粒进行无参考对位
17.2.2 对具有不同(2T+3R)参数颗粒进行对位
17.2.3 参考颗粒的问题
17.3 多元统计分析
17.3.1 统计学的必要性
17.3.2 多元统计分析预处理
17.3.3 多元统计分析处理
17.3.4 多元统计分析:因子空间的解释
17.3.5 多元统计分析的运用
17.3.6 分类
17.4 重构
17.4.1 数据整合:拓扑学
17.4.2 数据整合:几何学
17.4.3 重构方法
17.4.4 精修
第十八章:畸变校正
18.1 引言
18.1.1 早期的畸变研究
18.1.2 校正
18.2 晶状片层
18.2.1 傅立叶变换
18.2.2 互相关函数
18.3 螺旋
18.3.1 线性畸变
18.3.2 三维线性畸变
18.3.3 利用傅立叶变换进行分段校正
18.3.4 螺旋:实空间的投影匹配
18.3.5 “晶体”样结构的畸变校正
第五部分:数学基础
第十九章:傅立叶变换数学
19.1引言
19.2 代数学
19.2.1 初等代数
19.2.2 指数函数
19.3 几何学
19.3.1 三角学
19.3.2 复数(相量):代数
19.3.3 复数:几何
19.4 无穷小
19.4.1 指数函数
19.4.2 在复平面的指数函数
19.5 微积分学
19.5.1 面积和梯度
19.5.2 微积分学:关键的细节
19.5.3 微积分学:重要的例子
19.5.4 傅立叶变换
第二十章:初等矩阵学
20.1 矩阵介绍
20.1.1 从一维到二维:向量
20.1.2 方程组和矩阵
20.1.3 矩阵乘法
20.2 逆矩阵
20.2.1 解一个简单的矩阵方程
20.2.2 误差灵敏度
20.2.3 无穷小矩阵
20.2.4 旋转矩阵
20.3 特征向量
20.3.1 特征值和特征向量
20.3.2 矩阵对角化
20.4 最小二乘拟合
20.4.1 矩形矩阵
20.4.2 直线拟合
20.4.3 主成分分析
参考文献
附录
京公网安备 11010102004214号