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生物固體核磁共振(原理與應用)

  • 作者：編者:陸珺霞|責編:褚德勇
  • 出版社：武漢大學
  • ISBN：9787307253148
  • 出版日期：2026/03/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：276
人民幣：RMB 89 元      售價：元
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內容大鋼
    本書系統闡述了生物固體核磁共振（ssNMR）的理論基礎與實驗方法，旨在為讀者提供從入門到精通的完整知識體系。全書分為三大部分：
    第一部分（第1?4章）奠定核磁共振的基本理論，重點講解魔角旋轉、交叉極化、去耦與重耦技術，是生物固體核磁共振的基石。
    第二部分（第5?8章）為核心內容，以蛋白質研究為例，系統介紹生物固體核磁共振的完整研究流程：從樣品製備、化學位移歸屬，到結構解析與分子動態特性研究，並結合理論與研究實例，深入講解獲取結構約束、計算三維結構及解析動態行為的關鍵方法。
    第三部分（第9章）拓展介紹與生物磁共振相關的分子動力學模擬計算方法，架起實驗與理論計算的橋樑。
    本書注重實用性與啟發性，將理論方法與研究實例緊密結合，適合作為生物、化學、物理及相關領域高年級本科生、研究生的教材，也可供科研人員參考。
作者介紹
編者:陸珺霞|責編:褚德勇
    陸珺霞 博士、教授、博士生導師，國家青年高層次人才獲得者。主要以固態核磁共振為主要手段，研究和人類疾病相關的大分子聚合物結構，包括與神經退行性疾病相關的澱粉樣蛋白的組裝、蛋白液液相分離機制以及生物礦化。承擔國家科技部重點研發項目、國家自然科學基金面上等多項科研基金。在Cell、PNAS、Nat.Commun.、J.Am.Chem.Soc.等學術期刊上發表論文40余篇。
目錄
第1章 緒論
  1.1 核磁共振現象
    1.1.1 原子核自旋現象
    1.1.2 磁場對原子核的作用
    1.1.3 核磁共振現象
  1.2 生物大分子簡介
    1.2.1 生物大分子的種類和特點
    1.2.2 蛋白質
  1.3 生物固體核磁樣品範疇
    1.3.1 蛋白質大分子的運動尺度
    1.3.2 生物固體核磁研究的樣品
  1.4 生物固體核磁的研究過程
第2章 核磁共振實驗基本原理
  2.1 基本一維核磁共振實驗
    2.1.1 激發脈衝
    2.1.2 旋轉坐標系
    2.1.3 Bloch方程對信號的描述
    2.1.4 信號的自由衰減(FID)
    2.1.5 信號正交檢測
  2.2 信號的數學處理
    2.2.1 信號時域和頻域的轉換
    2.2.2 洛倫茲線型(Lorentzian)
    2.2.3 信號的相位修正
    2.2.4 信號的累加
    2.2.5 利用窗函數提高靈敏度和解析度
    2.2.6 數據採樣
  2.3 二維核磁共振實驗
    2.3.1 二維核磁序列
    2.3.2 二維核磁的數據採集和處理
  2.4 脈衝的激發範圍和選擇性
    2.4.1 高強度(高功率)脈衝的激發範圍
    2.4.2 常見函數的傅里葉轉化和選擇性脈衝
第3章 核磁共振中的各種相互作用
  3.1 量子力學描述核自旋微觀體系
    3.1.1 核自旋體系的狀態
    3.1.2 微觀體系可觀測量和厄米算符(Hermitian operator)
    3.1.3 薛定諤方程
    3.1.4 波函數的統計學意義
    3.1.5 測量值和期望值
    3.1.6 密度算符(density operator)
    3.1.7 利用密度算符計算信號的統一方法
    3.1.8 馮·諾依曼方程
    3.1.9 自旋角動量的旋轉操作
    3.1.10 旋轉坐標軸
  3.2 固體核磁共振中相互作用的各向異性
  3.3 坐標系變換
    3.3.1 坐標系變換和歐拉角
    3.3.2 被動旋轉和主動旋轉
    3.3.3 坐標系的變換與實驗測量值的關係
  3.4 化學位移作用

    3.4.1 化學位移作用
    3.4.2 分子的運動平均
    3.4.3 相對化學位移
  3.5 雙自旋體系的角動量算符和乘積算符(product operator)
    3.5.1 雙自旋體系的角動量算符
    3.5.2 密度矩陣在耦合作用下的演化
  3.6 J耦合作用
    3.6.1 J耦合作用
    3.6.2 J耦合造成的譜線裂分
    3.6.3 自旋迴波序列(spin echo)
    3.6.4 極化轉移
    3.6.5 同相算符和反相算符
  3.7 偶極耦合作用
    3.7.1 偶極耦合作用
    3.7.2 偶極耦合作用的峰形與分子運動的關係
  3.8 生物固體核磁常用核磁相互作用總結
第4章 魔角旋轉和固體NMR脈衝序列方法
  4.1 魔角旋轉
  4.2 魔角旋轉下的各向異性相互作用的哈密頓量
    4.2.1 化學位移各向異性相互作用受旋轉的影響
    4.2.2 偶極耦合相互作用受旋轉的影響
  4.3 平均哈密頓理論和微擾理論
  4.4 去耦
    4.4.1 異核去耦
    4.4.2 同核去耦
  4.5 交叉極化(cross polarization, CP)
  4.6 偶極重耦
    4.6.1 同核偶極重耦
    4.6.2 異核偶極重耦
  4.7 多維相關實驗原理
  4.8 基於13C檢測的多維相關實驗
    4.8.1 信號歸屬實驗
    4.8.2 測量距離約束實驗
  4.9 基於1H檢測的多維相關實驗
    4.9.1 信號歸屬實驗
    4.9.2 測量距離約束實驗
  4.10 測量扭轉角約束實驗
第5章 生物大分子樣品標記與製備
  5.1 蛋白質同位素標記簡介
  5.2 蛋白質同位素標記系統
    5.2.1 大腸桿菌表達系統
    5.2.2 酵母細胞表達系統
    5.2.3 昆蟲細胞表達系統
    5.2.4 哺乳動物細胞表達系統
    5.2.5 無細胞表達系統
    5.2.6 化學合成
  5.3 同位素標記策略
    5.3.1 氨基酸13C/15N均勻標記
    5.3.2 氨基酸選擇性標記
    5.3.3 氨基酸反向標記

    5.3.4 片段同位素標記
    5.3.5 芳香族氨基酸特異性標記
    5.3.6 殘基類型特異性標記
    5.3.7 甲基特異性氨基酸標記
    5.3.8 氨基酸稀硫標記
  5.4 氫檢測中的氘代標記
    5.4.1 完全氘代
    5.4.2 部分氘代
  5.5 蛋白質19F同位素標記
  5.6 其他標記手段
    5.6.1 組合標記
    5.6.2 立體陣列同位素標記
    5.6.3 順磁標記
  5.7 不同蛋白質研究體系中的樣品製備
    5.7.1 案例一：脂質體膜蛋白質製備
    5.7.2 案例二：小鼠RIPK3澱粉樣纖維製備
第6章 化學位移歸屬和二級結構預測
  6.1 化學位移歸屬的概念和作用
  6.2 蛋白質化學位移歸屬的類型
  6.3 13C檢測蛋白質化學位移歸屬方法
    6.3.1 識別自旋系統
    6.3.2 連接自旋系統
    6.3.3 側鏈歸屬
    6.3.4 歸屬的實例
    6.3.5 四維實驗
  6.4 質子檢測化學位移歸屬方法
  6.5 輔助歸屬的策略
    6.5.1 標記策略
    6.5.2 其他策略
  6.6 歸屬軟體的使用介紹
    6.6.1 手動歸屬軟體的介紹
    6.6.2 自動歸屬軟體的介紹
  6.7 二級結構預測
第7章 蛋白質三維結構解析
  7.1 背景介紹
    7.1.1 蛋白質三維結構解析的概念和作用
    7.1.2 固體NMR解析蛋白質三維結構的獨特優勢
  7.2 固體核磁解析蛋白質三維結構的流程
  7.3 獲取約束條件的固體核磁實驗方法
    7.3.1 基於碳檢測獲取距離約束的實驗方法
    7.3.2 基於氫檢測獲取距離約束的方法
    7.3.3 獲取距離約束的其他方法
  7.4 降低距離約束歸屬模糊性的策略
  7.5 結構計算的方法
    7.5.1 結構計算軟體的介紹
    7.5.2 Xplor-NIH軟體結構計算原理介紹
    7.5.3 Xplor-NIH軟體結構計算流程介紹
    7.5.4 結構計算的整合方法
  7.6 固體NMR結構測定具體案例
第8章 動力學參數表徵

  8.1 蛋白質內部多時間尺度的運動特性介紹
    8.1.1 蛋白質內部的原子振動
    8.1.2 蛋白質局部平移和旋轉運動
    8.1.3 蛋白質片段的集體運動
    8.1.4 蛋白質的整體運動
  8.2 核磁共振在蛋白質動態表徵中的應用
    8.2.1 用於蛋白質動態表徵的液體核磁共振方法
    8.2.2 用於蛋白質動態測量的固體核磁共振方法
  8.3 固體核磁共振動力學參數介紹
    8.3.1 縱向弛豫時間T1
    8.3.2 橫向弛豫時間T2
    8.3.3 旋轉坐標系下的自旋-晶格弛豫時間T1ρ
    8.3.4 偶極序參數Order Parameter(小於μs時間尺度的運動幅度)
    8.3.5 化學交換
  8.4 固體核磁共振動力學參數與蛋白質動態之間的關聯
    8.4.1 固體核磁共振弛豫參數與蛋白質運動的關聯
    8.4.2 固體核磁共振偶極序參數與蛋白質運動的關聯
  8.5 固體核磁共振動力學參數的測定及分析
    8.5.1 縱向弛豫時間T1的測定及分析
    8.5.2 旋轉坐標系下的自旋晶格弛豫時間T1ρ的測定及分析
    8.5.3 橫向弛豫時間T2的測定及分析
    8.5.4 偶極序參數Order Parameter的測定及分析
    8.5.5 化學交換
  8.6 生物分子固體核磁共振動力學研究舉例
第9章 與生物體固體核磁共振相關的計算生物學
  9.1 引言
  9.2 計算模擬的用途
  9.3 分子動力學模擬方法
    9.3.1 分子模擬方法及原理簡介
    9.3.2 增強採樣模擬
    9.3.3 分子動力學模擬軟體——Gromacs
    9.3.4 分子動力學模擬軟體——Amber
  9.4 基於核磁共振數據約束的計算模擬方法
    9.4.1 重加權策略
    9.4.2 核磁共振數據用於分子力場約束
  9.5 計算模擬研究蛋白質動態
    9.5.1 Model-Free方法
    9.5.2 iRED方法
    9.5.3 ABSURD方法
    9.5.4 構有無序蛋白質的動態研究
  9.6 計算模擬研究蛋白質動態與功能

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