生物物理学是使用物理学的方法研究生命现象的一门交叉学科，内容涉及物理、化学、生物等基础学科，研究和学习生物物理学，对深入了解生命现象有极大的帮助。
本书是编者在十多年教学和研究工作的基础上写成的，主要介绍分子生物物理学、自由基生物学、分子马达、膜生物物理、电磁场生物效应、神经生物物理、抑癌基因网络及调控、光生物物理、辐射生物学、生物信息学和显微技术及其在生物物理学中的应用等。在介绍基本概念的同时，又把自身工作的实践研究加入其中，使内容更加具有实际意义。
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前言
第1章 分子生物物理学 1
1.1 蛋白质分子的结构 1
1.1.1 氨基酸的结构 2
1.1.2 多肽链 4
1.1.3 蛋白质肽键的构象 5
1.1.4 蛋白质二级结构 6
1.1.5 蛋白质超二级结构 8
1.1.6 蛋白质高级结构 9
1.1.7 蛋白质变性和复性 10
1.1.8 蛋白质工程 11
1.2 核酸分子的结构 12
1.2.1 核苷酸的结构 12
1.2.2 DNA 二级结构 14
1.2.3 DNA三级结构 16
1.2.4 RNA的分子结构 16
1.3 核酸和蛋白质的相互作用 18
1.4 分子动力学 21
1.4.1 分子动力学基础 21
1.4.2 势能函数 22
1.4.3 自由能计算 23
1.4.4 分子模拟软件简介 24
习题 25
参考文献 25
第2章 自由基生物学 26
2.1 自由基的基本性质 26
2.1.1 自由基的生成反应 27
2.1.2 白由基的化学反应 28
2.1.3 白由基的类型 29
2.2 活性氧 30
2.2.1 体内活性氧的类型 30
2.2.2 生物系统中产生的活性氧 32
2.2.3 体内白由基的清除 34
2.2.4 白由基对人体的伤害 35
2.3 自由基与癌症 36
2.3.1 肿瘤发生的多阶段假说 36
2.3.2 白由基对生物大分子的促癌作用 37
2.3.3 抗癌药物及其作用机理 37
2.3.4 通过减轻氧化胁迫防癌 39
2.4 白由基与衰老的分子机制 39
2.4.1 氧化性损伤学说 40
2.4.2 端粒酶长度决定的衰老学说 41
2.4.3 抗衰老的有效措施 41
2.5 一氧化氮自由基(NO) 43
2.5.1 NO的基本性质 43
2.5.2 NO在人体中的作用 44
2.6 白由基的实验方法 44
2.6.1 电子白旋共振(ESR)技术 44
2.6.2 白旋捕集技术 46
2.6.3 化学发光分析法 47
2.6.4 脉冲辐解法 48
2.6.5 白由基清隙酶系的检测 49
习题 50
参考文献 50
第3章 分子马达 52
3.1 分子马达概述 53
3.2 分子马达运动的轨道——细胞骨架 54
3.2.1 微丝 55
3.2.2 微管 56
3.3 形形色色的分子马达 59
3.3.1 分子马达的种类 60
3.3.2 驱动蛋白和动力蛋白家族 60
3.3.3 肌球蛋白家族 63
3.3.4 旋转分子马达家族 70
3.4 朗之万输运理论 75
3.4.1 布朗运动 75
3.4.2 布朗运动的朗之万方程 76
3.4.3 朗之万方程在分子马达研究中的应用 77
3.5 主方程方法 78
3.5.1 随机主方程 78
3.5.2 主方程方法在分子马达研究中的应用 80
3.6 展望 82
习题 83
参考文献 83
第4章 膜生物物理 85
4.1 细胞膜 85
4.1.1 细胞膜的结构模型 85
4.1.2 细胞膜的基本组分 87
4.1.3 细胞膜的特性与功能 90
4.2 物质的跨膜运输 92
4.2.1 被动运输 92
4.2.2 主动运输 94
4.2.3 胞吞作用与胞吐作用 97
4.3 离子通道 99
4.3.1 离子通道的特征与分类 99
4.3.2 离子通道的结构与功能 101
4.3.3 离子通道与膜电位 105
4.4 KcsA钾离子通道 107
4.4.1 离子通道的物理学研究方法 107
4.4.2 KcsA通道的选择性与通透性 110
4.4.3 KcsA通道选择性的产生机制 111
4.4.4 KcsA通透过程的布朗动力学 112
习题 113
参考文献 114
第5章 电磁场生物效应 115
5.1 生物体的电特性 115
5.1.1 生物水的电特性 116
5.1.2 生物电阻抗 117
5.1.3 生物组织的介电性质 119
5.2 生物的磁效应 120
5.2.1 生命物质的磁性 120
5.2.2 生物体的磁性 121
5.3 磁场生物效应的相关问题 121
5.3.1 极低频电磁场生物效应的特点 122
5.3.2 电磁场生物效应的研究 122
5.3.3 电磁场的医学应用 123
5.4 电磁场生物效应的实例 124
5.4.1 钙离子 124
5.4.2 钙振荡 125
5.4.3 电磁场对于胞液钙振荡影响的理论研究 126
习题 129
参考文献 129
第6章 神经生物物理 131
6.1 神经元结构与分类 131
6.1.1 神经元的结构 131
6.1.2 神经元的分类 132
6.2 神经元的电信号 133
6.2.1 静息电位 134
6.2.2 动作电位 134
6.3 突触 137
6.3.1 电突触 137
6.3.2 化学突触 138
6.3.3 神经递质和神经调质 139
6.4 神经元的动力学模型 139
6.5 脑电活动的特征及观测意义 141
6.5.1 脑电波的特征及常见的脑电波 141
6.5.2 脑电图观测的意义 143
6.6 噪声作用下两个FitzHugh-Nagumo神经兀的同步活动 144
6.6.1 噪声作用下FitzHugh-Nagumo神经兀的活动 144
6.6.2 噪声对单个神经元触发动作电位频率的影响 145
6.6.3 噪声对两个神经元频率同步活动的影响 146
习题 147
参考文献 148
第7章 抑癌基因网络及调控 149
7.1 抑癌基因网络及调控概述 149
7.2 抑癌基因PMP网络结构及功能 151
7.2.1 P53基因结构与功能 152
7.2.2 mdm2基因结构与功能 155
7.2.3 P14/19arf基因结构与功能 155
7.2.4 p33基因网络的实验研究进展 156
7.3 单细胞PMP网络调控的物理模型 157
7.3.1 电离辐射激活PMP网络的开关机制 158
7.3.2 PMP网络中蛋白质的调控关系 159
7.3.3 PMP网络调控物理模型 160
7.3.4 PMP网络调控模型分析 163
7.4 癌症的传统疗法和基因疗法 166
7.4.1 癌症的传统治疗 166
7.4.2 重建p53基因功能的癌症基因疗法 167
习题 169
参考文献 169
第8章 光生物物理 171
8.1 光生物物理概述 171
8.2 分子的激发与弛豫 174
8.2.1 分子的电子量子态 174
8.2.2 分子的振动和转动量子态 175
8.2.3 激发与弛豫的各种途径 177
8.3 光合作用 178
8.3.1 光反应系统 179
8.3.2 光系统II的分子结构 181
8.3.3 光系统II中的能量转移机制 183
8.4 荧光及其应用 184
8.4.1 荧光光谱与吸收光谱 184
8.4.2 非辐射共振能量转移 185
8.4.3 荧光的应用 185
习题 187
参考文献 187
第9章 辐射生物学 189
9.1 辐射生物学的物理和化学基础 189
9.1.1 辐射的概念 189
9.1.2 核衰变 190
9.1.3 辐射与物质的相互作用 191
9.1.4 物理剂量单位 193
9.1.5 辐射作用的时间进程 194
9.1.6 直接作用与间接作用 196
9.1.7 辐射生物效应及其影响因素 196
9.2 辐射与生物大分子的相互作用 197
9.2.1 电离辐射对生物大分子的作用 197
9.2.2 电离辐射致DNA的损伤 198
9.3 辐射剂量的理论基础 200
9.4 辐射诱变育种技术的应用 204
习题 206
参考文献 206
第10章 生物信息学 208
10.1 生物信息学概述 208
10.1.1 生物信息学的发展背景 208
10.1.2 基因组测序计划 210
10.1.3 生物大分子数据库 212
10.1.4 生物信息学主要研究领域 213
10.1.5 生物信息学发展的展望 215
10.2 分子生物学数据库 215
10.2.1 DNA序列数据库 216
10.2.2 蛋白质序列数据库 222
10.3 序列比对和序列搜索技术 226
10.3.1 序列比对基础 227
10.3.2 打分矩阵 228
10.3.3 基于双序列比对的数据库搜索 232
10.3.4 多重序列比对分析 233
10.4 序列分析 234
10.4.1 DNA 序列分析 234
10.4.2 蛋白质序列分析 239
习题 245
参考文献 246
第11章 显微技术及其在生物物理学中的应用 248
11.1 光学显微镜与电镜最重要的参数——分辨率 248
11.2 光学显微镜 249
11.2.1 激光扫描共焦显微镜 250
11.2.2 全内反射荧光显微镜 257
11.2.3 膜片钳技术 260
11.3 电子显微镜 262
11.4 扫描探针显微镜技术 264
11.4.1 扫描隧道显微镜 265
11.4.2 原子力显微镜 266
习题 272
参考文献 272
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