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系統生物學/新生物學叢書

  • 作者：編者:雷錦志//易鳴//楊凌//劉銳//祁宏|責編:羅靜//趙小林//范培培
  • 出版社：科學
  • ISBN：9787030774491
  • 出版日期：2024/02/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：372
人民幣：RMB 218 元      售價：元
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內容大鋼
    系統生物學是綜合了生物、數學、物理和信息技術等在內的交叉學科，所涉及學科眾多、內容複雜。本書從生物學和數學建模與分析計算交叉的角度出發，結合作者近年的研究工作和國內外一些新的研究進展，介紹了系統生物學這門學科的基本概念、方法和研究思路。內容涵蓋生物化學反應的數學描述、基因表達過程的隨機模擬、基因調控的數學模型及其在生物鍾和鈣振蕩動力學分析的應用、芽殖酵母細胞命運抉擇動力學模型、信號分子濃度梯度形成的數學模型、幹細胞增殖動力學的數學模型及其在造血系統動力學中的應用、複雜生物過程的關鍵點檢測、霍奇金-赫胥黎方程、能量函數與生物大分子識別。所涉及的數學方法包括隨機模擬、常微分方程模型、時滯微分方程模型、反應-擴散方程模型、分岔分析、數據分析等。
作者介紹
編者:雷錦志//易鳴//楊凌//劉銳//祁宏|責編:羅靜//趙小林//范培培
目錄
第1章  生物化學反應的數學描述
  1.1  生物化學反應系統
  1.2  化學主方程
    1.2.1  方程的建立
    1.2.2  化學主方程的性質
    1.2.3  吉萊斯皮演算法
  1.3  化學速率方程
    1.3.1  方程的建立
    1.3.2  漲落耗散定理
  1.4  化學朗之萬方程
    1.4.1  方程的建立
    1.4.2  隨機積分的簡單討論
    1.4.3  Tau-跳躍演算法
  1.5  福克爾-普朗克方程
  1.6  反應速率隨時間變化的生化反應系統
    1.6.1  外部雜訊干擾下的反應速率
    1.6.2  推廣的化學朗之萬方程
    1.6.3  伊藤積分與斯特拉托諾維奇積分
    1.6.4  有色雜訊
  1.7  本章小結
  補充閱讀材料
  思考題
第2章  基因表達過程的隨機模擬
  2.1  遺傳信息的傳遞與基因表達
  2.2  基因表達的內蘊隨機性
    2.2.1  模型的建立
    2.2.2  統計平衡態
    2.2.3  靜態漲落
    2.2.4  內蘊隨機效應
    2.2.5  轉錄水平的分佈
  2.3  基因表達中的外部雜訊
    2.3.1  模型的建立
    2.3.2  統計平衡態
    2.3.3  靜態漲落
    2.3.4  外部雜訊對基因表達的影響
  2.4  真核細胞基因表達的隨機性
    2.4.1  隨機模擬模型
    2.4.2  轉錄水平分佈的解析表達式
  2.5  本章小結
  補充閱讀材料
  思考題
第3章  基因調控的數學模型
  3.1  數學基礎
    3.1.1  尺度分析
    3.1.2  米氏函數和希爾函數
    3.1.3  洛姆周期圖
  3.2  正反饋調控與雙穩態
    3.2.1  乳糖操縱子
    3.2.2  數學模型
    3.2.3  平衡態分析

  3.3  雜訊與細胞狀態的切換
    3.3.1  乳糖操縱子基因的狀態切換
    3.3.2  λ噬菌體阻抑物基因的表達調控
    3.3.3  內部雜訊誘導的狀態切換
  3.4  負反饋調控和生物振蕩
    3.4.1  阿特金森振子
    3.4.2  隨機激勵振子
    3.4.3  帶時滯的負反饋調控
  3.5  本章小結
  補充閱讀材料
  思考題
第4章  生物鍾的數學模型
  4.1  分子調控機制
  4.2  理解實驗結果——小鼠跑輪實驗
  4.3  分子調控的生物鍾模型
    4.3.1  古德溫振子
    4.3.2  節律振蕩的時滯微分方程模型
    4.3.3  戈貝特模型
    4.3.4  生物鍾基因的二聚化與水解模型
  4.4  基於順式作用元件的生物鍾模型
  4.5  相位反應曲線
  4.6  奇異性與失同步
  4.7  本章小結
  補充閱讀材料
  思考題
第5章  鈣振蕩動力學分析
  5.1  鈣信號系統
  5.2  鈣振蕩模型基本框架
    5.2.1  鈣振蕩模型的通式
    5.2.2  鈣信號系統各組分的表達式
    5.2.3  鈣振蕩模型結果的解讀
  5.3  具體的鈣振蕩模型
    5.3.1  IP3-Ca2+互作-線粒體攝鈣模型
    5.3.2  雙鈣庫模型
    5.3.3  IP3R動力學模型
    5.3.4  開放細胞模型
    5.3.5  I型鈣振蕩模型
    5.3.6  鈣微域模型
  5.4  本章小結
  補充閱讀材料
  思考題
第6章  芽殖酵母細胞命運抉擇動力學模型
  6.1  芽殖酵母細胞命運抉擇的分子調控網路
  6.2  細胞命運抉擇的動力學模型
    6.2.1  細胞命運抉擇的確定性模型
    6.2.2  啟動臨界點與細胞命運抉擇的動力學機制
    6.2.3  網路熵及其與啟動臨界點的關係
  6.3  細胞命運抉擇的隨機性模型
    6.3.1  隨機性模型的建立
    6.3.2  衝量與細胞命運抉擇

    6.3.3  雜訊對於細胞命運抉擇精確性的影響
  6.4  芽殖酵母細胞的G1/S切換點與一致前饋環分析
    6.4.1  G1/S切換點
    6.4.2  一致前饋的功能重要性分析
  6.5  本章小結
  補充閱讀材料
  思考題
第7章  信號分子濃度梯度形成的數學模型
  7.1  反應擴散方程的建立和模擬
    7.1.1  一維守恆律方程
    7.1.2  流的不同形式
    7.1.3  初邊值條件
    7.1.4  高維守恆律方程
    7.1.5  反應擴散方程的數值解
  7.2  形態發生素與胚胎的發育
    7.2.1  形態發生素
    7.2.2  Decapentaplegic與果蠅翅膀的發育
  7.3  形態發生素的擴散與數學模型的建立
    7.3.1  模型A：配體的自由擴散和與受體的結合
    7.3.2  模型B：配體的自由擴散、與受體結合、信號分子的降解
    7.3.3  模型C：配體與受體的結合和解離，通過複合體的擴散
  7.4  本章小結
  補充閱讀材料
  思考題
第8章  幹細胞增殖與造血系統動力學
  8.1  幹細胞增殖的數學模型
    8.1.1  細胞周期
    8.1.2  年齡結構模型
    8.1.3  時滯微分方程模型
    8.1.4  細胞增殖率
    8.1.5  參數估計
  8.2  幹細胞增殖模型的動力學分析
    8.2.1  無量綱化方程
    8.2.2  平衡態分析
    8.2.3  不受控增殖的發生條件
  8.3  異質性幹細胞增殖的數學模型
    8.3.1  異質性幹細胞增殖的時滯微分積分方程模型
    8.3.2  細胞狀態繼承概率
    8.3.3  模型討論
  8.4  造血系統動力學
    8.4.1  一些數據
    8.4.2  造血幹細胞數量變化的數學模型
    8.4.3  周期性中性粒細胞減少症
    8.4.4  造血系統動力學模型
  8.5  本章小結
  補充閱讀材料
  思考題
第9章  複雜生物過程的關鍵節點檢測
  9.1  複雜生物過程和複雜疾病的臨界現象
  9.2  複雜疾病發展過程中的三個狀態

  9.3  傳統的生物標誌物
    9.3.1  分子生物標誌物
    9.3.2  網路標誌物
  9.4  動態網路標誌物
    9.4.1  臨界狀態的普適性質
    9.4.2  主導網路和關鍵因子
  9.5  DNB在生物學及醫學中的應用
    9.5.1  肺部急性損傷
    9.5.2  肝癌
  9.6  本章小結
  補充閱讀材料
  思考題
第10章  霍奇金–赫胥黎方程
  10.1  離子通道與能斯特方程
  10.2  細胞膜模型
  10.3  離子通道的門控機制
    10.3.1  門控機制的數學描述
    10.3.2  莫里斯–萊卡爾模型
  10.4  霍奇金–赫胥黎方程的建立
    10.4.1  實驗結果
    10.4.2  離子通道的門控假設
    10.4.3  方程的建立
  10.5  電纜方程和神經網路動力學方程
    10.5.1  電纜方程
    10.5.2  神經網路動力學方程
  10.6  本章小結
  補充閱讀材料
  思考題
第11章  能量函數與生物大分子識別
  11.1  能量函數
    11.1.1  基於物理的勢能函數
    11.1.2  蛋白質統計勢函數
  11.2  蛋白質結構預測中的能量函數
    11.2.1  蛋白質結構及其預測簡介
    11.2.2  蛋白質統計勢ANDIS的設計
    11.2.3  蛋白質結構中原子對方位角的定義
    11.2.4  有效相互作用的定義
    11.2.5  統計勢ANDIS的計算
    11.2.6  訓練集和測試集數據的選取
    11.2.7  統計勢函數性能評估的相關指標
  11.3  microRNA預測的能量特徵
    11.3.1  microRNA及其預測方法
    11.3.2  真菌microRNA的能量特徵提取
    11.3.3  隨機森林演算法與性能評估
    11.3.4  數據集的選取
    11.3.5  milRNApredictor的構建
  11.4  本章小結
  補充閱讀材料
  思考題
附錄A  常微分方程介紹

  A.1  常微分方程模型
    A.1.1  導數
    A.1.2  細胞增殖模型
    A.1.3  常微分方程基本理論
  A.2  二階微分方程
  A.3  二階常微分方程邊值問題的數學基礎
    A.3.1  上下解方法與解的存在性
    A.3.2  比較定理和解的唯一性
附錄B  隨機微分方程
  B.1  隨機微分方程與隨機積分
  B.2  伊藤公式
  B.3  福克爾–普朗克方程
  B.4  隨機微分方程數值方法
    B.4.1  1.0階差分格式
    B.4.2  馬爾薩利亞隨機數發生器
附錄C  XPPAUT軟體和Oscill8使用介紹
  C.1  建立ODE文件
  C.2  運行和退出程序
  C.3  保存結果
  C.4  相平面分析
  C.5  分岔分析
  C.6  通過腳本語言運行XPPAUT
  C.7  使用Oscill8進行分岔分析
    C.7.1  ODE文件的編寫
    C.7.2  分岔圖繪製
    C.7.3  數據導出
參考文獻
索引

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