Cellular Oscillatory Mechanisms pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Maroto, Miguel (EDT)/ Monk, Nick (EDT)

出品人:

页数:161

译者:

出版时间:2008-10

价格:$ 258.77

装帧:

isbn号码:9780387097930

丛书系列:

图书标签:

细胞振荡
生物钟
细胞信号传导
生物化学
系统生物学
数学建模
非线性动力学
生理学
分子生物学
生物物理学

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具体描述

The chapters in this book provide an introduction to a range of both well known and less familiar cellular oscillations and serve to illustrate the striking richness of cellular dynamics. The contributions focus particularly on elucidating the basic mechanisms that underlie these oscillations. The essentially quantitative nature of oscillations has long made them an attractive area of study for theoretical biologists, and the application of complementary modelling and experimental approaches can yield insights into oscillatory dynamics that go beyond those that can be obtained by either in isolation. The benefits of this synergy are reflected in the contributions appearing in this book. The current resurgence in interest in interdisciplinary approaches to cell and molecular biology stems in part from the increasing availability of system-wide data on the state of the components of cellular regulatory networks. Alimiting factor in these approaches is often the lack of suitable ways of characterising a network state in terms of summary quantitative features. Without such features, it is typically difficult to gain new qualitative insight into the operating logic of all but the simplest networks. In this regard, oscillatory phenomena provide ideal exemplars for systems approaches, since oscillations have clear summary features that prove invaluable in combining mathematical models with experimental data.

《细胞振荡机制》是一本深入探讨生命体内细胞如何产生、维持和响应周期性变化的著作。本书旨在为读者提供一个全面且详细的理解，解释这些看似微小的内部“节律”如何在细胞功能、发育、信号传导乃至整体生物体健康中扮演至关重要的角色。本书的核心在于“振荡”——即细胞内各种分子、结构或过程的周期性波动。这种振荡并非随机的噪声，而是高度组织化、精细调控的生物过程。从基因表达的周期性开关，到细胞周期的精确推进，再到信号分子的脉冲式释放，振荡无处不在，并且对细胞的生存和功能至关重要。第一章：振荡的普遍性与基本概念本章将首先确立振荡在生物体中的普遍存在性，从分子层面到细胞群体层面，列举各类振荡现象。例如，生物钟的昼夜节律，尽管常常被看作是整个生物体的现象，其根本驱动力却源于细胞内部的分子钟。我们会介绍振荡的基本参数，如周期（period）、振幅（amplitude）、相位（phase）和频率（frequency），并解释这些参数如何决定振荡的特征和信息传递能力。此外，还将引入一些基础的数学模型，如极限环（limit cycles）和吸引子（attractors），来描述振荡系统的行为，为后续章节的深入讨论奠定理论基础。第二章：生物钟机制：时间和生命生物钟是细胞振荡最著名也是最重要的例子之一。本章将聚焦于细胞内的生物钟系统，详细阐述其分子基础。我们将深入解析哺乳动物、果蝇、拟南芥等模式生物中的核心生物钟基因和蛋白，如 Clock、Bmal1、Per、Cry 等，以及它们如何通过正负反馈回路形成一个精确的转录-翻译反馈振荡器（TTFL）。我们还将探讨非环状生物钟（non-transcriptional clocks）的存在，以及细胞如何整合外部时间信号（如光照）来校准内部节律。理解生物钟不仅有助于我们认识昼夜节律，更对理解睡眠、代谢、激素分泌等与时间相关的生理过程至关重要。第三章：细胞周期振荡：生命的循环细胞周期是细胞生长和分裂的有序过程，其核心就是一系列精心调控的振荡。本章将详细解析细胞周期的关键检查点（checkpoints）和调控因子，特别是细胞周期蛋白（cyclins）和周期蛋白依赖性激酶（CDKs）的动态变化。我们将探讨CDK-细胞周期蛋白复合物如何在不同的细胞周期阶段激活或抑制下游目标，从而驱动DNA复制、染色体分离和细胞分裂等事件。还会讨论细胞周期振荡中的不稳定性（bistability）和触发器（triggers）机制，以及这些机制如何确保细胞准确地从一个阶段进入下一个阶段，防止基因组不稳定。第四章：信号转导中的钙振荡钙离子（Ca²⁺）是细胞内一种关键的第二信使，其浓度的快速、周期性升高和降低（即钙振荡）在多种细胞信号通路中扮演着核心角色。本章将深入探讨钙振荡的产生机制，包括内质网和线粒体等钙库的释放、质膜钙通道的开放与关闭、以及钙离子的再摄取和缓冲机制。我们将分析不同类型的钙振荡，如单相瞬态（spikes）、奏鸣曲式（frequent spikes）和爆发式（bursts），以及这些模式如何编码不同的信号信息。此外，还将讨论钙振荡在细胞分泌、肌收缩、神经递质释放、胚胎发育以及免疫反应等过程中的作用。第五章：基因表达的振荡：动态调控的基因组基因表达的周期性调控是细胞实现其复杂功能的基础。本章将探索基因表达如何产生振荡，并讨论其相关的分子机制。我们将关注转录因子（transcription factors）的活性和定位的周期性变化，以及它们如何与启动子（promoter）和增强子（enhancer）区域相互作用，控制mRNA的合成。例如，在发育过程中，形态发生素（morphogens）的梯度可以诱导下游基因表达的周期性激活，从而产生空间上和时间上的模式。我们还将探讨microRNAs（miRNAs）和长非编码RNA（lncRNAs）在调控mRNA稳定性和翻译中的作用，以及它们如何参与构建和稳定振荡网络。第六章：代谢振荡：能量的潮汐细胞的代谢活动并非恒定不变，而是存在着周期性的波动，尤其是在与能量生产和消耗相关的通路中。本章将探讨细胞代谢振荡的机制，重点关注ATP水平、NAD+/NADH比率以及关键代谢酶的活性变化。我们将讨论有氧呼吸和糖酵解等主要代谢通路的周期性激活与失活，以及它们如何受到生物钟和其他细胞信号的调控。此外，还将分析代谢振荡在细胞能量稳态、信号转导、以及应对环境变化（如营养物质可用性）中的作用。第七章：发育过程中的振荡：形成生命蓝图从单细胞受精卵发育成多细胞生物，是一个高度动态且有序的过程，其中振荡发挥着不可或缺的作用。本章将聚焦于发育过程中出现的各种振荡现象。例如，早期胚胎发育中的卵裂（cleavage）过程，其细胞分裂的周期性是典型的振荡。形态发生素信号的脉冲式释放可以驱动细胞命运的决定和组织结构的形成。在神经系统发育中，神经元网络的同步放电（network oscillations）对于信息处理和学习至关重要。我们将分析这些发育振荡如何精确地协调细胞行为，指导组织器官的构建，以及确保胚胎的正确发育。第八章：疾病与振荡失调当细胞振荡机制发生紊乱，往往会导致各种疾病的发生。本章将探讨振荡失调与多种人类疾病之间的关联。例如，生物钟的紊乱与失眠、代谢综合征、甚至癌症等都密切相关。细胞周期的异常是癌症发生的重要驱动因素，不受控制的细胞分裂正是振荡失调的体现。神经系统疾病，如癫痫，常常表现为神经元活动的异常同步放电，即网络振荡的失控。我们将分析这些疾病的发生机制，并探讨如何通过理解和纠正细胞振荡的异常来开发新的治疗策略。第九章：研究细胞振荡的工具与方法为了深入研究细胞振荡的复杂机制，科学家们开发了各种先进的实验技术和计算模型。本章将介绍当前用于研究细胞振荡的主要工具和方法。我们将讨论荧光显微镜技术，如单分子荧光成像（SMIF）、活细胞成像（live-cell imaging）和高通量筛选（high-throughput screening），如何帮助我们实时观察细胞内分子的动态变化。此外，还将介绍基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）如何用于操纵振荡相关基因的表达。在计算方面，我们将探讨动力学建模（kinetic modeling）、系统生物学（systems biology）分析以及机器学习（machine learning）在解析复杂的振荡网络中的应用。第十章：未来展望与挑战最后，本章将对细胞振荡领域未来的研究方向进行展望，并讨论当前面临的挑战。随着技术的发展，我们有能力揭示更精细的振荡机制，例如，单个细胞内不同分子机器之间的相互作用。研究不同细胞类型和组织之间振荡的相互作用，以及如何协调这些振荡以实现整体生物体功能的统一，将是未来的一个重要方向。此外，如何将对细胞振荡的理解转化为有效的疾病治疗手段，以及如何利用生物振荡的原理进行生物工程设计，也是值得深入探索的领域。《细胞振荡机制》这本书将为所有对生命科学充满好奇的读者提供一个引人入胜的旅程。无论您是生命科学专业的学生、研究人员，还是仅仅对生命的奥秘感兴趣的业余爱好者，本书都将帮助您深刻理解细胞内部那个充满活力的、精确的“时间机器”。