System Modeling in Cellular Biology

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出版者:The MIT Press
作者:Szallasi, Zoltan (EDT)/ Stelling, Jorg (EDT)/ Periwal, Vipul (EDT)
出品人:
页数:464
译者:
出版时间:2006-04-03
价格:USD 50.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780262195485
丛书系列:
图书标签:
  • 生物
  • 系统生物学
  • 科学
  • Systems-Biology
  • 系统建模
  • 细胞生物学
  • 生物数学
  • 计算生物学
  • 生物系统动力学
  • 建模与仿真
  • 生物网络
  • 细胞信号通路
  • 合成生物学
  • 生物信息学
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具体描述

Research in systems biology requires the collaboration of researchers from diverse backgrounds, including biology, computer science, mathematics, statistics, physics, and biochemistry. These collaborations, necessary because of the enormous breadth of background needed for research in this field, can be hindered by differing understandings of the limitations and applicability of techniques and concerns from different disciplines. This comprehensive introduction and overview of system modeling in biology makes the relevant background material from all pertinent fields accessible to researchers with different backgrounds.<br /> <br /> The emerging area of systems level modeling in cellular biology has lacked a critical and thorough overview. This book fills that gap. It is the first to provide the necessary critical comparison of concepts and approaches, with an emphasis on their possible applications. It presents key concepts and their theoretical background, including the concepts of robustness and modularity and their exploitation to study biological systems; the best-known modeling approaches, and their advantages and disadvantages; lessons from the application of mathematical models to the study of cellular biology; and available modeling tools and datasets, along with their computational limitations.

《细胞生命蓝图:微观世界的精密演算》 在浩瀚的生命科学领域,细胞无疑是最为基础且至关重要的构建单元。它们是生命活动的执行者,是遗传信息的载体,更是疾病发生与发展的微观舞台。然而,细胞内部的运作机制,其复杂性与精妙程度,常常令人生畏。无数的分子、信号通路、反馈回路以及时空动态交织在一起,共同编织出细胞这个令人惊叹的微观生命体。 《细胞生命蓝图:微观世界的精密演算》并非一本陈述性的教科书,它更像是通往细胞内在运作逻辑的钥匙。本书旨在揭示隐藏在细胞表面现象之下的数学模型与计算原理。我们不再满足于仅仅描绘细胞的形态结构或列举其重要组分,而是深入到“如何”运作的层面,探究驱动这些生命过程的底层算法。 想象一下,细胞如何决定何时分裂,如何响应外部环境的变化,如何在复杂的信号网络中做出精确的决策?这些看似“智能”的行为,实则是由一系列精密的数学模型所支配。本书将带您走进一个充满动态、概率与反馈的世界,在这里,每一个分子、每一个反应都不是孤立存在的,而是构成了一个相互关联、相互影响的巨大系统。 我们将从最基础的细胞过程入手,例如基因表达的调控。您将了解到,基因的开启与关闭并非随机,而是通过复杂的转录因子网络、表观遗传修饰以及RNA干扰等机制进行精确控制。本书将通过建立数学模型,量化这些调控过程中的关键参数,例如不同蛋白质的浓度、结合亲和力以及反应速率,从而解释基因表达水平的波动与细胞命运的决定。 接下来,我们将聚焦于细胞信号转导通路。当细胞接收到一个外部信号时,这个信号是如何在细胞内部被放大、传递并最终引发特定的细胞反应的?我们将会深入探讨各种信号通路的核心组件,如激酶、磷酸酶、G蛋白偶联受体等,并构建描述它们相互作用的动力学模型。通过这些模型,我们可以理解信号在通路中的传递过程,分析信号的放大效应,以及预测信号在不同条件下的响应模式。例如,细胞如何实现对微弱信号的灵敏响应,同时又能抵抗噪声干扰?这些问题的解答,隐藏在信号通路中精巧的反馈与前馈调控机制里。 本书还将带领您探索细胞周期调控的奥秘。细胞如何精确地按照预设的步骤有序地进行复制,并确保遗传物质的完整性?我们将分析控制细胞周期进程的关键蛋白(如周期蛋白和周期蛋白依赖性激酶)之间的相互作用,以及它们如何形成自激振荡和阈值开关机制,从而驱动细胞有序地通过G1、S、G2和M四个阶段。理解这些调控机制,对于理解癌症等细胞增殖异常性疾病至关重要。 除了这些基础过程,本书还会涉及更高级的主题,如细胞迁移、细胞分化、免疫应答以及神经信号传递等。在这些复杂的研究领域,数学模型同样扮演着核心角色。例如,在细胞迁移的研究中,我们将构建模型来描述细胞外基质与细胞表面整合素之间的相互作用,以及肌动蛋白骨架的重塑如何驱动细胞向前移动。在免疫应答中,我们将分析免疫细胞之间的信号交流,以及它们如何协同作战,识别和清除病原体。 《细胞生命蓝图:微观世界的精密演算》并非仅仅提供抽象的数学公式,而是通过将这些模型与具体的生物学实验数据相结合,来验证和优化我们的理解。本书会介绍一些常用的建模方法和仿真工具,例如微分方程模型、布尔网络、Agent-based模型以及系统生物学常用的计算平台。通过这些工具,读者可以亲手构建属于自己的细胞模型,并进行模拟,从而更直观地理解细胞系统的动态行为。 这本书的读者群十分广泛,它适合那些希望深入理解细胞运作机制的生命科学研究者,也适合对计算生物学、系统生物学以及生物物理学感兴趣的学生和研究人员。无论您是生物学家,还是工程师、数学家,只要您对生命系统的好奇心足够强烈,本书都将为您提供一个全新的视角和强大的分析工具。 我们相信,通过将数学的严谨性与生物学的复杂性相结合,我们能够更深刻地揭示生命活动的本质。本书的目标是激发读者对细胞世界的进一步探索,鼓励大家运用计算思维来解决生物学难题,最终推动生命科学研究的边界。《细胞生命蓝图:微观世界的精密演算》期待与您一同踏上这场充满发现的旅程,解开细胞生命最深层的密码。

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读后感

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用户评价

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这本书的章节组织结构相当松散,读起来有点像在探索一个广阔的知识迷宫,而非沿着笔直的公路前进。我花了很长时间才适应作者这种跳跃式的叙事风格,他似乎更关注的是不同建模范式之间的内在联系,而不是某一特定生物系统的详细解析。比如,书中对随机过程在基因表达中的应用进行了非常详尽的讨论,甚至深入到了泊松过程和马尔可夫链的细节,这对于我理解细胞的内在噪音来源非常有帮助。但紧接着,下一章却突然转向了宏观的组织发育模拟,这中间的过渡略显突兀,仿佛作者在极力展示自己知识的广度,而牺牲了一定的阅读连贯性。尽管如此,书中穿插的大量案例研究,比如对神经元网络的拓扑分析,展示了作者深厚的跨学科功底。总的来说,它更像是一部思想的集合体,而非教科书,需要读者具备相当的自我驱动力和背景知识才能充分消化其中的思想火花。

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阅读这本书的过程,体验简直是一场智力上的马拉松。它要求读者不仅要理解生物学的基本事实,还要熟练掌握计算建模、概率论甚至一些基础的拓扑学知识。我发现自己不得不频繁地暂停阅读,去回顾一些高等数学的概念,以确保我没有漏掉作者在脚注中悄悄埋下的深层数学含义。特别是对“相空间分析”那部分的阐述,作者假定读者已经对动力系统理论有了一定的了解,这对于我这种偏向实验生物学的背景来说,是一个相当大的挑战。然而,一旦我努力跟上了作者的节奏,那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。这本书的价值在于它设置了一个极高的门槛,它筛选出那些真正愿意深入挖掘底层原理的读者,并给予他们丰厚的回报——一种用数学和逻辑去重塑生物学世界的能力。它不是一本让你轻松翻完的书,而是一本需要你投入时间去“征服”的学术巨著。

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这本书的封面设计实在太抓人眼球了,那种深邃的蓝色调搭配上一些复杂但又充满秩序感的细胞结构插图,立刻让我联想到了高精度的生物工程领域。我当时翻开第一页,就被作者精炼的语言所吸引,他似乎有一种魔力,能将原本晦涩难懂的分子机制,通过一种近乎艺术化的方式呈现出来。特别是关于信号转导通路的那一章,作者没有停留在传统的线性描述上,而是引入了动态的系统视角,用类似控制论的框架来分析细胞如何应对外界的微小扰动。这让我意识到,生物学不仅仅是观察和分类,更是一种深刻的工程学问题。我记得里面提到了一种基于微分方程的建模方法来预测癌细胞对特定药物的反应速度,这种前瞻性的思维方式,简直是为那些渴望跨界合作的生物学家和工程师打开了一扇新的大门。不过,对于初学者来说,可能需要一些数学基础才能完全领会其中精髓,但即使是作为一本启发性的读物,它也绝对是上乘之作,远超我预期的学术深度。

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坦白说,这本书的排版和图表质量让我有些失望。在讲解那些高度复杂的相互作用网络时,作者的图示往往过于拥挤,线条和符号交织在一起,即便是努力聚焦,也难以快速捕捉核心信息。我不得不经常查阅附录或是在网上寻找其他来源的简化图来辅助理解。比如,在讨论代谢网络稳态分析的部分,图示的标注系统显得有些混乱,不同类型的反馈回路用相似的颜色或线条表示,这无疑增加了理解的难度。相比之下,书中对理论模型的推导过程描述得却异常清晰和严谨,每一步逻辑推导都像流水账一样精确无误,这点倒是值得称赞。它更像是那些经过时间检验的、传统学术专著的产物,注重内容的绝对准确性,却在现代设计美学上有所欠缺。对于一个追求高效信息获取的现代读者来说,这算是一个小小的障碍。

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这本书最让我感到震撼的地方,在于它对“涌现现象”的哲学化探讨。作者似乎并不满足于仅仅构建模型来描述细胞行为,他更热衷于追问:在这些复杂的相互作用背后,是否存在着一种我们尚未完全理解的“组织原则”?书中关于自组织临界性的论述,用物理学的概念来解释生物系统的鲁棒性,这种跨越尺度的思维模式,极大地拓宽了我的认知边界。我读到关于群体感应(Quorum Sensing)的章节时,几乎能感受到作者那种探索生命本质的激情。他探讨了即使单个分子行为是随机的,宏观上却能展现出惊人的协调性,这种“从无序到有序”的转变过程,被他描绘得既科学又富有诗意。这本书没有提供现成的答案,而是提出了一系列极具挑战性的开放性问题,迫使读者跳出舒适区,去重新审视生命现象的根本动力。

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