系統生物學 雷錦志等著 9787030774491 【台灣高等教育出版社】

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書名:系統生物學
ISBN:9787030774491
出版社:科學
著編譯者:雷錦志等著
頁數:372
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書號:1626553
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內容簡介

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。

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

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