生物大分子的動力學(xué)分析與應(yīng)用：生命科學(xué)在定量化和信息化研究中的理論核心問題

目錄
前言
第一部分 基本原理和基礎(chǔ)知識
第1章 生命科學(xué)概論 3
1.1 宇宙、地球與生命 3
1.1.1 宇宙學(xué)、宇宙大爆炸說 3
1.1.2 地球的早期演變 6
1.1.3 生命的出現(xiàn)和演變 8
1.1.4 一些重大事件和學(xué)說 9
1.2 理論核心問題 12
1.2.1 理論核心問題之一: 三大基本要素和它們的尺度指標(biāo) 12
1.2.2 不同尺度下的時空觀 14
1.2.3 時空結(jié)構(gòu)中的數(shù)學(xué)和物理 15
1.2.4 理論核心問題之二: 不同學(xué)科的綜合研究 17
1.2.5 理論核心問題之三: 能量的表達(dá)和轉(zhuǎn)化 18
1.2.6 能量表達(dá)的類型 20
1.3 理論核心問題之四: 選擇性原理 22
1.3.1 宗教和哲學(xué)中的討論 22
1.3.2 自然科學(xué)中的選擇性原理 23
1.3.3 選擇性原理中的幾個關(guān)鍵特征 24
1.3.4 選擇性原理中存在第四特征的猜想 25
1.4 信息實在論 27
1.4.1 信息的含義和特征 27
1.4.2 信息實在論和關(guān)系實在論 28
1.4.3 不同尺度背景下的科學(xué)和哲學(xué) 29
第2章 量子理論概述 31
2.1 量子力學(xué) 31
2.1.1 從經(jīng)典力學(xué)到量子力學(xué) 31
2.1.2 量子力學(xué)的數(shù)學(xué)模型 33
2.1.3 量子力學(xué)中的一些基本原理 35
2.1.4 不確定性原理和對它的討論 37
2.2 原子結(jié)構(gòu) 38
2.2.1 氫原子和類氫原子中的電子運(yùn)動軌道 38
2.2.2 原子結(jié)構(gòu)的一般理論 41
2.2.3 原子的光譜理論 44
2.3 元素結(jié)構(gòu)周期表 45
2.3.1 元素周期表的排列方式 45
2.3.2 元素結(jié)構(gòu)一覽表 47
2.3.3 對表 2.3.4中有關(guān)參數(shù)的分析 48
2.4 量子物理中的幾個特殊問題 50
2.4.1 粒子在勢能場中的運(yùn)動 50
2.4.2 幾種簡單運(yùn)動的量子特征 51
2.4.3 二態(tài)系統(tǒng)和量子的共振問題 54
第3章 量子化學(xué)和量子場 58
3.1 化學(xué)和量子化學(xué)的一些記號 58
3.1.1 化學(xué)鍵 58
3.1.2 基團(tuán)和分子官能團(tuán) 60
3.1.3 量子化學(xué)的模型和記號 62
3.2 量子化學(xué)中的一些計算問題 64
3.2.1 氫原子、氫離子和氫分子的量子化學(xué)模型概述 64
3.2.2 有關(guān)參數(shù)和解的討論 67
3.2.3 雜化軌道理論 68
3.3 量子場簡介 70
3.3.1 量子場的一些基本概念 70
3.3.2 經(jīng)典動力場和量子動力場的基本運(yùn)動方程 73
3.3.3 經(jīng)典動力場的量子化 76
3.3.4 由光子和電磁場所產(chǎn)生的量子場 78
3.3.5 幾個問題的補(bǔ)充說明 81
第4章 其他動力學(xué)問題 83
4.1 熱力學(xué)及其基本定律 83
4.1.1 熱力學(xué)體系 83
4.1.2 熱力學(xué)第一定律 84
4.1.3 熱力學(xué)第二、第三定律 86
4.1.4 統(tǒng)計力學(xué)對熵函數(shù)的計算 87
4.2 量子統(tǒng)計物理學(xué)概述 89
4.2.1 粒子系統(tǒng)的量子化 89
4.2.2 理想氣體 91
4.2.3 其他微觀粒子 93
4.3 幾種重要類型的化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué) 95
4.3.1 酸堿反應(yīng) 95
4.3.2 氧化和氧化還原反應(yīng) 97
4.3.3 電化學(xué)概述 99
4.3.4 其他類型的化學(xué)反應(yīng) 100
4.4 光電、光化和光合作用 101
4.4.1 太陽能概述 101
4.4.2 光電和光化作用 104
4.4.3 光合作用 106
4.4.4 代謝概述 109
第5章 分子點線圖、分子空間結(jié)構(gòu)和拓?fù)淇臻g 111
5.1 分子點線圖 111
5.1.1 點線圖的一般定義和性質(zhì) 111
5.1.2 分子點線圖的表示 115
5.1.3 分子點線圖的組合和分解及它們在化學(xué)反應(yīng)中的表示 117
5.1.4 分子空間結(jié)構(gòu)的點線圖表示 118
5.2 分子空間結(jié)構(gòu)的幾何理論 120
5.2.1 分子空間結(jié)構(gòu)的參數(shù)系 120
5.2.2 空間四原子點的結(jié)構(gòu)和它們的參數(shù)系 122
5.2.3 多原子點結(jié)構(gòu)的幾何分析和它們的參數(shù)表達(dá) 124
5.2.4 不穩(wěn)定參數(shù)的計數(shù)問題 126
5.3 坐標(biāo)系和坐標(biāo)變換 127
5.3.1 直角坐標(biāo)系和它的變換 127
5.3.2 直角坐標(biāo)系和極坐標(biāo)系 129
5.3.3 歐拉角和旋轉(zhuǎn)變換 131
5.4 拓?fù)淇臻g和空間多面體 132
5.4.1 集合和拓?fù)淇臻g 132
5.4.2 多邊形和空間多面體 134
5.4.3 一般線性空間理論和生物大分子的空間結(jié)構(gòu) 136
第6章 生物大分子的空間結(jié)構(gòu)分析 139
6.1 總體結(jié)構(gòu)和形態(tài)相似性分析 139
6.1.1 對總體結(jié)構(gòu)的討論 139
6.1.2 空間結(jié)構(gòu)的相似性 140
6.2 生物大分子的空間結(jié)構(gòu)分析-Ⅱ (形態(tài)特征的分析) 143
6.2.1 深度分析和幾何計算 143
6.2.2 其他類型深度的定義和性質(zhì) 146
6.2.3 小球滾動法 147
6.2.4 多面體收縮法 151
6.3 多面體的擬合理論 153
6.3.1 多面體擬合的定義和要求 154
6.3.2 表面的凹、凸的特性指標(biāo) 155
6.3.3 生物大分子空間結(jié)構(gòu)討論和分析的意義 157
第7章 隨機(jī)分析 158
7.1 隨機(jī)變量和隨機(jī)系統(tǒng) 158
7.1.1 隨機(jī)變量及其分布函數(shù) 158
7.1.2 主成分分析法和隨機(jī)控制 162
7.1.3 隨機(jī)變量的極限性質(zhì) 163
7.2 幾種重要的隨機(jī)過程 165
7.2.1 隨機(jī)過程概論 165
7.2.2 獨(dú)立隨機(jī)序列 166
7.2.3 泊松過程 167
7.2.4 可加過程 169
7.2.5 對偶過程和首達(dá)時間 170
7.2.6 馬氏過程的定義 171
7.3 布朗運(yùn)動和更新過程 174
7.3.1 布朗運(yùn)動的定義和基本性質(zhì) 174
7.3.2 布朗運(yùn)動的極限性質(zhì)和其他一些分布性質(zhì) 176
7.3.3 布朗運(yùn)動的函數(shù)變換性質(zhì) 177
7.3.4 更新過程 178
7.4 復(fù)合隨機(jī)過程 180
7.4.1 復(fù)合隨機(jī)過程概述 180
7.4.2 復(fù)合更新過程 181
7.4.3 基因突變序列 181
7.4.4 排隊過程 183
7.5 隨機(jī)微分方程概論 184
7.5.1 隨機(jī)積分 (伊藤積分) 和隨機(jī)微分 (伊藤微分) 184
7.5.2 隨機(jī)微分方程的定義和類型 185
7.5.3 隨機(jī)微分方程的性質(zhì) 186
第8章 隨機(jī)分析應(yīng)用和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 187
8.1 朗之萬方程及其應(yīng)用 187
8.1.1 朗之萬方程的定義和求解 187
8.1.2 關(guān)于朗之萬方程解中參數(shù)的討論 190
8.1.3 漲落分析 191
8.2 隨機(jī)分析的其他應(yīng)用 192
8.2.1 基因的突變和比對的隨機(jī)模型 193
8.2.2 基因的突變和比對中的隨機(jī)過程 194
8.2.3 基因突變的 A-空間理論和應(yīng)用 196
8.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)概論 197
8.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一些基本知識 197
8.3.2 NNS的信息處理過程 199
8.3.3 ANNS200
8.4 ANNS中的基本模型和它們的學(xué)習(xí)算法 202
8.4.1 感知器的模型和算法 202
8.4.2 HNNS概述 204
8.5 其他類型的智能算法的分類 206
8.5.1 正向和反向的 HNNS206
8.5.2 EM 算法及其理論分析 208
8.5.3 EM 算法的實例計算 209
8.5.4 其他算法和算法的分類 211
第9章 生物大分子的基本結(jié)構(gòu) 213
9.1 糖和脂 213
9.1.1 糖類概論 213
9.1.2 單糖的結(jié)構(gòu)和類型 214
9.1.3 脂類概論 216
9.2 氨基酸和蛋白質(zhì)概論 218
9.2.1 氨基酸概論 218
9.2.2 氨基酸的結(jié)構(gòu)和表示 221
9.2.3 肽鏈和蛋白質(zhì) 224
9.3 核酸簡介 227
9.3.1 核苷酸的分子結(jié)構(gòu) 227
9.3.2 DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)模型 229
9.3.3 遺傳密碼子 231
9.3.4 染色體 232
9.4 細(xì)胞概論 234
9.4.1 細(xì)胞的類型和結(jié)構(gòu) 234
9.4.2 細(xì)胞器概述 235
9.4.3 原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的比較 236
第10章 基因組中的基因識別問題 239
10.1 生物信息學(xué)中的核酸序列 239
10.1.1 基因組概述 239
10.1.2 不同類型核酸序列的結(jié)構(gòu)分析 242
10.1.3 基因組的其他重要功能特征 245
10.2 基因組和染色體的補(bǔ)充性質(zhì) 246
10.2.1 DNA和蛋白質(zhì)的組合與混合結(jié)構(gòu) 246
10.2.2 細(xì)胞的有絲分裂和 RNA的結(jié)構(gòu)分析 248
10.3 原核生物基因組的基因識別問題 249
10.3.1 原核生物的基因識別 249
10.3.2 ORF序列的定義和生成算法 251
10.3.3 對基因識別問題的討論 252
第二部分 信息動力學(xué)和分子動力學(xué)
第11章 ID概論和一級結(jié)構(gòu)的ID分析 257
11.1 ID概論 257
11.1.1 數(shù)據(jù)庫的類型和特征 257
11.1.2 ID的基本方法之一: 信息統(tǒng)計法 259
11.1.3 ID的基本方法之二: 組合分析法 262
11.1.4 一級結(jié)構(gòu)的詞法和句法分析 263
11.2 蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的ID分析 266
11.2.1 蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的選擇和特征數(shù)的計算 266
11.2.2 蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的ID運(yùn)動方程 268
11.2.3 IDF的頻譜分析 271
11.2.4 有關(guān)頻譜分析的討論和思考 273
11.3 基因組的ID分析 (信息統(tǒng)計法) 274
11.3.1 概論 274
11.3.2 IDF的計算結(jié)果和分析 276
11.3.3 由基因組IDF所產(chǎn)生的詞和詞法分析 279
11.3.4 基因組ID分析的組合分析法 281
11.4 原核生物的基因識別問題 284
11.4.1 CDS和 ORF序列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 285
11.4.2 原核生物的基因識別計算 286
11.4.3 基因識別的IDF法 288
第12章 蛋白質(zhì)的三維