Introduction to Biopolymer Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:van der Maarel, Johan R. C.

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页数:264

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价格:$ 68.93

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isbn号码:9789812776037

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图书标签:

• Biopolymers
• Physics
• Polymer Physics
• Biophysics
• Soft Matter
• Materials Science
• Statistical Mechanics
• Polymers
• Condensed Matter Physics
• Biomaterials

好的，这是一本关于高分子物理学中生物聚合物领域的专著的详细内容介绍，该书聚焦于生物大分子的结构、动力学、热力学性质及其在溶液和固态下的行为，旨在为该领域的研究人员和高年级本科生/研究生提供全面的理论框架和实验方法指导。 --- 专著：《生物高分子物理学导论》内容详述 第一部分：生物高分子的基础与结构 本书的第一部分奠定了理解生物高分子物理学的基础，详细阐述了构成生命体的核心大分子——蛋白质、核酸（DNA 和 RNA）以及多糖的化学结构和基础物理特性。 第一章：高分子物理学的基本概念回顾 本章首先回顾了传统合成高分子物理学的核心概念，为后续生物大分子的复杂性做铺垫。内容涵盖： 聚合物的链统计模型： 理想随机游走链（Freely Jointed Chain, FJC）、欧拉链（Kuhn Chain）和韦弗里-德真（Worm-Like Chain, WLC）模型。重点讨论如何利用这些模型描述聚合物链的构象熵和平均尺寸（如均方末端距 $ langle R^2 angle $ ）。 排除体积效应（Excluded Volume）： 引入 Flory 相互作用参数 $ chi $ 和 Flory 均方末端距的修正公式 $ langle R^2 angle propto N^{2 u} $ ，其中 $ u $ 取决于溶剂质量（$ heta $ 条件下的 $ u=0.5 $；良溶剂下的 $ u approx 0.588 $）。 热力学基础： 溶液中的自由能、焓变和熵变，特别是构象熵在聚合物溶解过程中的关键作用。 第二章：蛋白质的结构与折叠热力学 本章聚焦于蛋白质——生命活动的主要执行者。 一级结构与二级结构： 详细分析了氨基酸侧链的化学性质（亲水性、疏水性、电荷）如何决定肽链的局部构象。深入探讨了 $ alpha $ 螺旋、 $ eta $ 折叠的形成机制，涉及主链氢键网络的稳定性和 Ramachandran 图的分析。 三级结构与拓扑学： 讨论蛋白质折叠的势能面景观（Energy Landscape）。引入了构象空间搜索与能量最小化的概念。重点分析了疏水效应（Hydrophobic Effect）作为驱动蛋白质精确折叠的主要热力学引擎的作用，及其与溶剂（水）结构重排的关联。 稳定性与变性： 运用热力学平衡原理（吉布斯自由能变化 $ Delta G $ ）描述蛋白质的稳定性。详细介绍了差示扫描量热法（DSC）和圆二色谱（CD）在测量热稳定性 ($ T_m $) 和构象变化中的应用。 第三章：核酸的物理化学性质 本章专门探讨 DNA 和 RNA 这两种信息存储和传递分子的独特物理特性。 DNA 的刚性与扭曲性： 将双螺旋 DNA 视为一种特殊的弹性体。引入了弯曲刚度（Persistence Length, $ P $ ）的概念，并详细讨论了不同碱基序列对 $ P $ 值的局部影响。对比了 DNA 自身的扭转弹性（Twisting Elasticity）。 DNA 的拓扑学： 深入探讨了拓扑异构酶的作用以及超螺旋（Supercoiling）的物理意义。引入了 Linking Number (Lk)、Twist (Tw) 和 Writhe (Wr) 之间的关系，解释了在限制条件下，DNA 缠绕如何影响其机械性能。 RNA 结构的多样性： 比较了 RNA（单链）与 DNA（双链）在二级结构（发夹、茎环）形成上的差异，强调了碱基-碱基配对、假结（Pseudoknots）和三链结构的热力学稳定性。 第二部分：生物高分子在溶液中的行为与动力学 本部分将生物大分子置于其生理相关的溶剂环境中，探讨它们在解缠绕、扩散和粘弹性方面的物理行为。 第四章：高分子在稀溶液中的统计力学 本章侧重于分析生物聚合物溶液的宏观性质，基于统计平均值来预测溶液行为。 粘度与分子量测定： 详细阐述了柴田（Shibata）方程和 Mark-Houwink 方程如何通过测量溶液的特性粘度（Intrinsic Viscosity, $ [eta] $ ）来推断聚合物的尺寸和分子量。 散射技术基础： 重点介绍静态光散射（Static Light Scattering, SLS）和动态光散射（Dynamic Light Scattering, DLS）。SLS 用于精确测定重均分子量 $ M_w $ 和二二阶维数 $ R_g $ ；DLS 则用于分析粒子在溶液中的扩散系数 $ D $ ，并利用 Stokes-Einstein 方程关联到流体力学半径 $ R_h $ 。 分离技术： 讨论凝胶渗透色谱/尺寸排阻色谱（GPC/SEC）的原理，解释了分子尺寸如何决定其在多孔介质中的保留时间，以及色谱法在生物大分子分析中的局限性。 第五章：单分子技术与动力学研究 随着实验手段的发展，对单个生物大分子行为的实时观测成为可能。本章详述这些尖端技术。 光镊（Optical Tweezers）技术： 详细讲解了如何利用高度聚焦的激光束捕获和操纵单个微米/纳米尺度的粒子。重点分析了光镊在施加拉伸力（piconewton 范围）时，测量单个 DNA 或肌联蛋白的延伸曲线，并结合 WLC 模型进行拟合，从而确定分子刚度。 磁镊（Magnetic Tweezers）技术： 对比光镊，磁镊在施加恒定张力（Tension）和测量长时间序列变化方面具有优势。讨论如何利用磁力矩精确控制施加在 DNA 上或蛋白质分子上的力。 耗散力显微镜（Force Spectroscopy）： 介绍原子力显微镜（AFM）在液相中的应用，用于测量分子间的粘附力、膜蛋白的解离力以及探针尖端与样品表面相互作用的定量分析。 第六章：聚合物流变学与复杂流体 生物流体（如细胞质、粘液、血液）往往表现出复杂的非牛顿流体特性。 剪切速率与应力： 定义剪切速率 $ dot{gamma} $ 和粘度 $ eta $ ，并分析牛顿流体与非牛顿流体（如剪切稀化、剪切增稠）的区别。 蛋白质和核酸溶液的粘弹性： 探讨高浓度生物聚合物溶液的粘弹性行为，引入储能模量 $ G' $ 和损耗模量 $ G'' $ 的概念。生物聚合物溶液通常表现出跨越临界频率的弛豫过程。 生物膜的物理学： 讨论膜蛋白嵌入脂质双分子层（Bilayer）后的力学影响，以及膜的弯曲刚度（Bending Modulus）和膜张力对膜蛋白功能的影响。 第三部分：界面与组装现象 生物高分子很少独立存在，它们通常在界面上富集、相互作用或自发组装成更高级的结构。 第七章：生物高分子在界面上的吸附与铺展 表面张力和表面能： 从吉布斯吸附等温线出发，分析聚合物分子如何降低液体或固体的表面张力。 蛋白质的界面失活： 探讨蛋白质在气-液、液-固界面（如乳化剂、医疗器械表面）的单分子层铺展和去折叠现象，这直接影响其生物活性。 DNA 在表面的锚定： 分析 DNA 链如何通过静电作用或特异性结合剂（如链霉亲和素-生物素系统）锚定在微纳结构表面，为生物传感器和纳米电子学应用奠定物理基础。 第八章：生物聚合物的自组装与聚集体 本章研究生物大分子在特定条件下形成超分子结构的驱动力。 胶束与囊泡的形成： 讨论两亲性生物聚合物（如部分嵌段共聚物或某些肽段）在溶液中形成临界胶束浓度（CMC）以上结构（胶束、双层囊泡）的热力学驱动力。 淀粉样纤维的形成： 重点分析蛋白质错误折叠导致的聚集体——淀粉样纤维的成核和生长过程。引入“种子诱导”机制，从物理动力学角度解释这一过程的不可逆性，并讨论纤维的刚性和长度分布。 高分子电解质复合物： 深入探讨带电荷的生物聚合物（如 DNA 和阳离子聚合物）之间的静电吸引导致的相分离和沉淀（Polyelectrolyte Complexation, PEC），及其在基因递送系统中的应用。 --- 目标读者与教材特色： 本书综合了经典高分子物理理论与现代生物物理实验技术，结构严谨，理论深度足够，并配有大量来自实际科研文献中的数据案例分析。它不仅仅停留在描述现象，而是通过量化的物理模型（如随机行走、弹性理论、热力学平衡）来解释观察到的生物学行为，是深入理解生物大分子复杂性的重要参考书。

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