《生物納米技術——來自自然的啟示》是2006年化學工業出版社出版的圖書，作者是（美）古德塞爾。
基本介紹
內容簡介,目錄,
內容簡介
生物分子充分體現了納米技術的柔性和效用，“來自自然的啟示”可以運用於納米尺度機器的設計。生物納米技術圍繞著結構分子生物學和納米分子技術之間的關聯展開研究，涉及大量的創新性工作。本書是最早闡明生物納米技術原理及套用的著作之一，是作者為該學科繪製的一幅“水彩畫”。
本書向生物納米技術專業人士展示了“來自自然的啟示”如何套用到今天的納米技術之中。書中首先論述了細胞中納米機器的特性，接著轉向天然納米機器的結構和功能、以及用於指導納米機器的構建，最後幾章闡述了一些套用以及目前正在開發的一些激動人心的生物納米技術工具和方法，探討了在不遠的將來就會可行的一些技術。全書體現了下列特色： 闡明了生分大分子的基本結構、納米技術和系統工程原理； 匯集了大量真實世界的例子，如基因工程中的套用等。
生命科學、生物技術、生物醫學、材料工程和製藥工程等領域的高校師生和其他研究人員，閱讀本書以後會發現這是一本引導你探索生物納米技術奇妙世界的很不錯的作品。
本書向生物納米技術專業人士展示了“來自自然的啟示”如何套用到今天的納米技術之中。書中首先論述了細胞中納米機器的特性，接著轉向天然納米機器的結構和功能、以及用於指導納米機器的構建，最後幾章闡述了一些套用以及目前正在開發的一些激動人心的生物納米技術工具和方法，探討了在不遠的將來就會可行的一些技術。全書體現了下列特色： 闡明了生分大分子的基本結構、納米技術和系統工程原理； 匯集了大量真實世界的例子，如基因工程中的套用等。
生命科學、生物技術、生物醫學、材料工程和製藥工程等領域的高校師生和其他研究人員，閱讀本書以後會發現這是一本引導你探索生物納米技術奇妙世界的很不錯的作品。
目錄
第1章 探索納米技術
1.1 生物技術和兩周革命
1.2 從生物技術到生物納米技術
1.3 什麼是生物納米技術
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境
2.2 現代生物材料
2.2.1 大部分天然生物納米機器由蛋白質組成
2.2.2 核酸攜帶信息
2.2.3 脂質用於細胞基礎結構
2.2.4 多糖用於專門的結構功能
2.3 進化遺產
2.3.1 進化對天然生物分子性質的重要限制
2.4 天然生物納米機器舉例
第3章 生物分子設計和生物技術
3.1 重組DNA技術
3.1.1 利用商業化酶對DNA進行操作
3.1.2 定點突變使基因組發生特異性改變-
3.1.3 具有兩種功能的融合蛋白
3.2 單克隆抗體
3.3 生物分子結構的測定
3.3.1 X射線晶體衍射法對原子結構的分析
3.3.2 可以使用核磁共振光譜儀導出原子結構
3.3.3 電子顯微鏡表征分子形態
3.3.4 原子力顯微鏡探測生物分子表面
3.4 製作分子模型
3.4.1 套用計算機圖形學觀測生物納卷機器
3.4.2 利用計算機建模預測生物分子’的結構和功能
3.4.3 蛋白質摺疊問題
3.4.4 分子對接模擬(Docking Simulations)預測生物分子間的相互作用模式
3.4.5 計算機輔助分子設計開發新功能
第4章 生物納米技術的結構原理
4.1 設計用於特定環境的天然生物納米機器
4.2 構建納米機器的分級策略
4.3 原料：生物分子的結構和穩定性
4.3.1 由共價鍵連線的原子組成分子
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 疏水效應穩定水中的生物分子
4.4 蛋白質的摺疊
4.4.1 並非所有的蛋白質都採用穩定結構
4.4.2 球蛋白有分級結構
4.4.3 穩定的球狀結構需要組合設計策略
4.4.4 分子伴侶為摺疊提供最理想的環境
4.4.5 剛性可使蛋白質在高溫下更加穩定
4.4.6 很多蛋白質利用無序性
4.5 自組裝
4.5.1 對稱性允許具有確定大小的穩定複合體進行自組裝
4.5.2 準對稱用來構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 脂質自組織形成雙分子層
4.6.2 脂質雙分子層是流動的
4.6.3 蛋白質可以按照脂質雙分子層的自組織方式設計
4.7 分子識別
4.7.1 分子識別的Crane原則
4.7.2 原子數目限制結合部位公差
4.8 柔性
4.8.1 生物分子在各個水平上表現柔性
4.8.2 柔性為生物納米機器設計帶來了很大的挑戰
第5章 生物納米技術的功能原理
5.1 信息驅動的納米裝配
5.1.1 核酸攜帶遺傳信息
5.1.2 核糖體合成蛋白質
5.1.3 信息以緊湊的形式存儲
5.2 能量學
5.2.1 利用載體分子來傳遞化學能
5.2.2 專門的小分子捕獲光能
5.2.3 蛋白質途徑傳遞單一電子
5.2.4 在DNA中已經觀察到電傳導和電荷轉移
5.2.5 跨越細胞膜的電化學梯度
5.3 化學轉化
5.3.1 酶降低化學反應熵
5.3.2 酶創造一個使過渡態分子穩定的環境
5.3.3 酶藉助化學工具完成反應
5.4 調節
5.4.1 變構運動可調節蛋白質活性
5.4.2 共價修飾調節蛋白質的作用
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 纖維成分構建微觀基礎結構
5.5.3 礦物質與生物材料結合滿足特殊用途
5.5.4 彈性蛋白利用無序鏈
5.5.5 細胞製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馬達
5.6.3 布朗棘輪校正隨機熱運動
5.7 跨膜物質運輸
5.7.1 鉀通道利用選擇透性
5.7.2 ABC轉運蛋白利用“滾翻”機制進行跨膜運輸
5.7.3 細菌視紅紫質利用光抽吸質子
5.8 生物分子感測
5.8.1 嗅覺和味覺檢測特定分子
5.8.2 通過監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梯度
5.9 自複製
5.9.1 細胞是自發的自複製體
5.9.2 細胞的基本設計由進化過程確定
5.10 機器態生物納米技術
5.10.1 肌肉肌原纖維節
5.10.2 神經
第6章 當今生物納米技術
6.1 基本能力
6.1.1 簡化天然蛋白質
6.1.2 從零開始設計蛋白質
6.1.3 蛋白質可以由非天然胺基酸構成
6.1.4 肽核酸為DNA和RNA提供穩定的選擇性
6.2 今天的納米醫學
6.2.1 計算機輔助藥物設計已經產生有效的抗愛滋病藥物
6.2.2 免疫毒素是目標細胞的殺手
6.2.3 脂質體運輸藥物
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 通用醫學走向個人化醫學
6.3 各種水平的自組裝
6.3.1 自組裝的DNA支架已經構建
6.3.2 環肽形成納米管
6.3.3 融合蛋白自組裝成伸展結構
6.3.4 小的有機分子自組裝成大的結構
6.3.5 大的物體可以自組裝
6.4 利用分子馬達
6.4.1 ATP合成酶用作旋轉馬達
6.4.2 用DNA構建分子機器
6.5 DNA計算機
6.5.1 第一個DNA計算機解決貨郎擔問題
6.5.2 用DNA計算機解決可滿足性問題
6.5.3 DNA製造圖靈機
6.6 利用生物學選擇進行分子設計
6.6.1 抗體可以轉變成酶
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 自複製分子是一個難以捉摸的目標
6.7.3 通過人工光合作用利用脂質體合成ATP
6.7.4 只用一個遺傳藍圖構建脊髓灰質炎病毒
6.8 雜交分子
6.8.1 利用DNA構建納米金屬導線
6.8.2 利用DNA形成金納米顆粒的規則聚集
6.8.3 機械DNA槓桿
6.8.4 利用生物礦化作用
6.9 生物感測器
6.9.1 抗體廣泛地用作生物感測器
6.9.2 生物感測器檢測葡萄糖水平來控制糖尿病
6.9.3 設計納米孔檢測特定的DNA序列
第7章 生物納米技術的未來
7.1 生物納米技術的時間表
7.2 分子納米技術的啟示
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 最後的思考
參考文獻
索引
1.1 生物技術和兩周革命
1.2 從生物技術到生物納米技術
1.3 什麼是生物納米技術
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境
2.2 現代生物材料
2.2.1 大部分天然生物納米機器由蛋白質組成
2.2.2 核酸攜帶信息
2.2.3 脂質用於細胞基礎結構
2.2.4 多糖用於專門的結構功能
2.3 進化遺產
2.3.1 進化對天然生物分子性質的重要限制
2.4 天然生物納米機器舉例
第3章 生物分子設計和生物技術
3.1 重組DNA技術
3.1.1 利用商業化酶對DNA進行操作
3.1.2 定點突變使基因組發生特異性改變-
3.1.3 具有兩種功能的融合蛋白
3.2 單克隆抗體
3.3 生物分子結構的測定
3.3.1 X射線晶體衍射法對原子結構的分析
3.3.2 可以使用核磁共振光譜儀導出原子結構
3.3.3 電子顯微鏡表征分子形態
3.3.4 原子力顯微鏡探測生物分子表面
3.4 製作分子模型
3.4.1 套用計算機圖形學觀測生物納卷機器
3.4.2 利用計算機建模預測生物分子’的結構和功能
3.4.3 蛋白質摺疊問題
3.4.4 分子對接模擬(Docking Simulations)預測生物分子間的相互作用模式
3.4.5 計算機輔助分子設計開發新功能
第4章 生物納米技術的結構原理
4.1 設計用於特定環境的天然生物納米機器
4.2 構建納米機器的分級策略
4.3 原料：生物分子的結構和穩定性
4.3.1 由共價鍵連線的原子組成分子
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 疏水效應穩定水中的生物分子
4.4 蛋白質的摺疊
4.4.1 並非所有的蛋白質都採用穩定結構
4.4.2 球蛋白有分級結構
4.4.3 穩定的球狀結構需要組合設計策略
4.4.4 分子伴侶為摺疊提供最理想的環境
4.4.5 剛性可使蛋白質在高溫下更加穩定
4.4.6 很多蛋白質利用無序性
4.5 自組裝
4.5.1 對稱性允許具有確定大小的穩定複合體進行自組裝
4.5.2 準對稱用來構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 脂質自組織形成雙分子層
4.6.2 脂質雙分子層是流動的
4.6.3 蛋白質可以按照脂質雙分子層的自組織方式設計
4.7 分子識別
4.7.1 分子識別的Crane原則
4.7.2 原子數目限制結合部位公差
4.8 柔性
4.8.1 生物分子在各個水平上表現柔性
4.8.2 柔性為生物納米機器設計帶來了很大的挑戰
第5章 生物納米技術的功能原理
5.1 信息驅動的納米裝配
5.1.1 核酸攜帶遺傳信息
5.1.2 核糖體合成蛋白質
5.1.3 信息以緊湊的形式存儲
5.2 能量學
5.2.1 利用載體分子來傳遞化學能
5.2.2 專門的小分子捕獲光能
5.2.3 蛋白質途徑傳遞單一電子
5.2.4 在DNA中已經觀察到電傳導和電荷轉移
5.2.5 跨越細胞膜的電化學梯度
5.3 化學轉化
5.3.1 酶降低化學反應熵
5.3.2 酶創造一個使過渡態分子穩定的環境
5.3.3 酶藉助化學工具完成反應
5.4 調節
5.4.1 變構運動可調節蛋白質活性
5.4.2 共價修飾調節蛋白質的作用
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 纖維成分構建微觀基礎結構
5.5.3 礦物質與生物材料結合滿足特殊用途
5.5.4 彈性蛋白利用無序鏈
5.5.5 細胞製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馬達
5.6.3 布朗棘輪校正隨機熱運動
5.7 跨膜物質運輸
5.7.1 鉀通道利用選擇透性
5.7.2 ABC轉運蛋白利用“滾翻”機制進行跨膜運輸
5.7.3 細菌視紅紫質利用光抽吸質子
5.8 生物分子感測
5.8.1 嗅覺和味覺檢測特定分子
5.8.2 通過監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梯度
5.9 自複製
5.9.1 細胞是自發的自複製體
5.9.2 細胞的基本設計由進化過程確定
5.10 機器態生物納米技術
5.10.1 肌肉肌原纖維節
5.10.2 神經
第6章 當今生物納米技術
6.1 基本能力
6.1.1 簡化天然蛋白質
6.1.2 從零開始設計蛋白質
6.1.3 蛋白質可以由非天然胺基酸構成
6.1.4 肽核酸為DNA和RNA提供穩定的選擇性
6.2 今天的納米醫學
6.2.1 計算機輔助藥物設計已經產生有效的抗愛滋病藥物
6.2.2 免疫毒素是目標細胞的殺手
6.2.3 脂質體運輸藥物
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 通用醫學走向個人化醫學
6.3 各種水平的自組裝
6.3.1 自組裝的DNA支架已經構建
6.3.2 環肽形成納米管
6.3.3 融合蛋白自組裝成伸展結構
6.3.4 小的有機分子自組裝成大的結構
6.3.5 大的物體可以自組裝
6.4 利用分子馬達
6.4.1 ATP合成酶用作旋轉馬達
6.4.2 用DNA構建分子機器
6.5 DNA計算機
6.5.1 第一個DNA計算機解決貨郎擔問題
6.5.2 用DNA計算機解決可滿足性問題
6.5.3 DNA製造圖靈機
6.6 利用生物學選擇進行分子設計
6.6.1 抗體可以轉變成酶
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 自複製分子是一個難以捉摸的目標
6.7.3 通過人工光合作用利用脂質體合成ATP
6.7.4 只用一個遺傳藍圖構建脊髓灰質炎病毒
6.8 雜交分子
6.8.1 利用DNA構建納米金屬導線
6.8.2 利用DNA形成金納米顆粒的規則聚集
6.8.3 機械DNA槓桿
6.8.4 利用生物礦化作用
6.9 生物感測器
6.9.1 抗體廣泛地用作生物感測器
6.9.2 生物感測器檢測葡萄糖水平來控制糖尿病
6.9.3 設計納米孔檢測特定的DNA序列
第7章 生物納米技術的未來
7.1 生物納米技術的時間表
7.2 分子納米技術的啟示
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 最後的思考
參考文獻
索引
