自生物信息学诞生以来， 生物、医学与医药的研究已开始进入定量化的阶段. 大量生物信息数据的测定为此提供了基础与条件. 《蛋白质分析与数学：生物、医学与医药卫生中的定量化研究.下册》运用多种数学理论与方法， 对其中的问题进行研究， 寻找其中的规律、特征与应用《蛋白质分析与数学：生物、医学与医药卫生中的定量化研究.下册》分上、下两册， 由六部分共25 章和3 个附录组成. 其中第一部分内容是预备知识与蛋白质一级结构分析， 对一些不同学科的知识进行综合性的介绍， 同时把蛋白质一级结构数据库看做蛋白质语言的文库， 由此对它作相应的语法与语义分析第二、四部分内容是对蛋白质作空间结构分析， 把蛋白质空间结构分为三维结构与空间形态结构两部分内容. 其中前者是按共价键连接关系所产生的空间结构， 而后者是蛋白质的空间形态特征. 因此讨论它们的目标相同，但采用的数学理论、方法与模型不同第三部分内容是蛋白质结构中的动力学分析， 其中包括分子动力学与信息动力学， 动力学问题是研究蛋白质结构与功能的关键， 利用这些讨论可对蛋白质分析中的许多重要问题有更深入的了解第五部分内容是应用部分. 在此对一些重要的蛋白质作具体的结构与功能分析， 并对一些应用热点与难点问题进行讨论第六部分内容是附录. 对《蛋白质分析与数学：生物、医学与医药卫生中的定量化研究.下册》所涉及的记号、公式作统一的表达， 并对一些重要概念与结论作概要说明. 《蛋白质分析与数学：生物、医学与医药卫生中的定量化研究.下册》涉及大量生物信息数据， 其中许多计算结果与彩色图像在光盘(见下册)中给出， 也可登陆www.sciencep.com 的下载区下载.

第四部分
蛋白质的空间形态分析

第 16章空间形态分析概论与数学预备知识
我们已经说明 ，蛋白质的空间结构由三维结构与空间形态特征两部分组成 ，在本书的第三部分中已经对氨基酸、氨基酸序列与蛋白质三维结构进行了分析与讨论.在这部分内容中主要讨论它们的空间形态特征. 
16.1蛋白质空间形态结构分析概述
蛋白质空间的形态可谓五花八门、千奇百怪 ，因此对它们进行描述与分析十分困难 ，这就需要相应的数学理论与计算方法 ，以及相应的图形分析软件 ，而且需要它们交替使用. 
16.1.1蛋白质空间形态结构分析的主要途径
对蛋白质空间形态结构分析研究大体可分为软件分析与直接从头计算分析两大类型 ，在本书中我们主张交替使用 ，这样可以知道这些图形结构的来源与其中的度量关系. 
1.蛋白质空间形态结构分析中使用的软件
由于蛋白质空间的形态结构的重要性与复杂性 ，所以有多种重要的软件包与数据库可供使用. 
(1)如 
PDB数据库 ，它已给出了几万种 (约 90000种)重要蛋白质的结构信息 ，如名称、编号与简单的功能分析 ，还有它们的一、二、三、四级结构数据 ， PDB数据库具有统一的格式表达 ，其中每个蛋白质中的原子都有各自的空间坐标位置与结构特征的说明.因此在此基础上就可形成多种不同类型的软件包. 

(2)
具有一些基本功能的软件包 .这些基本功能有图形的描述 ，这些描述可为蛋白质中各种不同的原子与氨基酸提供空间位置的着色标记与在空间中旋转 ，从不同角度观察它们形态的功能 ，另外还有二级结构的标记，不同原子或氨基酸名称与图形中距离的标记 ，不同文件格式的转换与保存等功能 .这些基本功能的软件包可在网上下载 ，免费使用 (如 RASWIN软件 ，见 http://www.openrasmol.org网站等). 

(3)
有些软件包除了具有这些基本功能外 ，对蛋白质空间结构有更详细的表述 ，如对由二级结构构成图像的详细描述功能、动漫式的空间形态等 ，它们具有更多、

更详细、更深入的分析 .这种软件包一般都在专门商业与研究部门使用 ，费用十分昂贵. 

(4)
利用软件包进行蛋白质空间形态结构分析的主要优点是 ，可以直接利用这些工具观察到蛋白质的形态 ，从中也可以得到许多结构信息 ，尤其是专业型的软件包，许多图形表达的结果可在药物设计等领域中直接参考使用 .利用软件包的主要缺点是只能在给定范围内得到它们的信息. 



2.直接从头计算分析
蛋白质空间结构数据库已经给出了大量蛋白质空间结构的许多重要的原始信息，因此可以直接利用这些信息 ，对蛋白质的空间形态、形态变化、形成的功能特征与其中的动力学因素等一系列问题进行计算与分析 ，我们称这种分析法为直接从头计算分析法.
直接从头计算分析需要较多的数学理论与工具 .如果把蛋白质中各原子看做一个不规则的空间质点系 ，那么对这些质点系进行分析在数学中也是一个新的课题.对不规则的空间质点系的几何计算已是计算机技术发展中的新课题 ，有许多论文与著作问世 (如文献 [260]等).但针对生物学中大分子结构的研究还不多见.
直接从头计算分析的主要优点是可以对我们所要求的目标进行分析 ，所形成的理论、方法与工具也是软件包设计的基础 .所存在的问题主要是数学理论与工具的使用，这不仅涉及多个数学学科分支，许多问题还有待深入研究与发展. 
16.1.2蛋白质空间结构的指标类型
蛋白质的空间结构形态十分复杂 ，用少量的几种类型或指标来说明是不可能的，因此需要采用多种不同类型的指标，作逐步的深入分析与讨论. 

1.总体结构指标与基本图形的类型
在对蛋白质空间形态分析中 ，最简单与最基本的指标是它们的总体结构指标 ，这些指标是蛋白质的大体形态特征 .例如 ，球形、柱形、扁球形、棍形、伞形、蘑菇形、枣核形、枕形与葫芦形等 .
在本书的光盘 DATA2/16/16-1文件夹中 ，我们给出了 171个不同类型的蛋白质，这些蛋白质的类型在下面还有说明 .从这些图形可以看到蛋白质的大体形态特征. 
(1)球形、柱形与棍形 .球形的基本特征是存在一个中心点 ，由该点沿空间的各方向达到蛋白质边缘的距离大体相同 ，典型的球形结构是多种不同类型的球蛋白 (如血红蛋白、免疫球蛋白等 )，它们在蛋白质中大量存在 .柱形蛋白存在一条中心轴，由该轴的不同位置沿空间的各方向达到蛋白质边缘的距离大体相同. 
16.1蛋白质空间形态结构分析概述 · 533 ·
柱形的形态又可分圆柱形与方柱形 ，它们的主要区别是在沿中心轴作横截面时，方柱形的截面形态是矩形 ，而圆柱形的截面形态是圆或椭圆 .柱形的拉长就是棍形. 
(2)
伞形、蘑菇形、枣核形、枕形与葫芦形 .这 5种形态都可看成柱形的变形 .伞形与蘑菇形是在柱形的结构中一头变大 ;另一头变小 ，称变小的部分为该形态的尾部 .枣核形是在柱形的结构中段变大 ;上下两头变小 .枕形与枣核形的特征相反 ，它中段变小，上下两头变大.

葫芦形是在柱形中轴的某些位置到蛋白质边缘的距离变大 ，而在中轴的另一些位置到蛋白质边缘的距离变小. 

(3)扁球形 
.扁球形是球形的变形 ，它的基本特征是仍然存在一个中心点 ，由该点沿空间某平面的各方向达到蛋白质边缘的距离大体相同 ，而沿该空间平面的垂直方向到蛋白质边缘的距离较短 .带形也是柱形的一种变形 ，这时中心轴的长度变得很长，而中心轴到蛋白质边缘的距离较短.


称这 9种形态为蛋白质总体结构的基本类型 ，这些基本类型还可能发生许多不同的变形，如球形的各个方向不一定均匀、柱形与棍形会发生弯曲等 . 


2.基本类型的变形
这 9种基本类型存在许多变形.这些变形也很复杂，一些简单变形如下. 
(1)
总体结构特征的变形 .如在柱形、棍形、枕形中出现弯曲、局部凹凸等变形，伞形、蘑菇形、枣核形、葫芦形就可看做柱形、棍形、枕形的变形 . 

(2)
在蛋白质内部出现的空洞结构 .这就是在蛋白质内部出现一个较大的区域 ，在此区域中不存在该蛋白质中的任何原子点. 

(3)
蛋白质内部的管道 .这就是在蛋白质内部出现一个半径较大的管道 ，如果管道从蛋白质的一侧通向该蛋白质的另一侧 ，而且在此管道中不存在该蛋白质中的任何原子点.这种穿越蛋白质的管道就变成通道 . 

(4)
在蛋白质表面出现各种不同类型凹凸区域结构.这就是在蛋白质表面形成一些较大的凸块，而在这些凸块之间又会形成一些凹形结构. 

(5)
这些简单变形的相互交叉可产生更复杂变形 .如大洞四周套许多中洞或小洞，大凹槽四周套许多中小凹槽或空洞 ，管道有可能形成蛋白质内部的管道网络结构.这些变形使蛋白质的空间形态更加复杂.


由此可见 ，对蛋白质空间结构形态描述分总体结构基本类型、简单的结构变形与复杂的结构变形等. 

3.影响蛋白质总体形态结构变化的其他因素
在蛋白质空间结构数据库中 ，除了总体结构类型、简单的结构变形与复杂的结
· 534 ·第 16章空间形态分析概论与数学预备知识
构变形外，还存在使蛋白质结构形态更加复杂的其他因素. 
(1)
多结构域的出现 .这些多结构域一般由几条形态相似的氨基酸序列组成 ，但它们在空间会形成各种不同形态类型的组合. 

(2)多 
Model情形 .在蛋白质空间结构数据库中 ，存在大量的多 Model数据 ，这些数据是对同一蛋白质的不同测量或记录的结果 ，因此不同 Model中的空间形态应具有相似性的特征 .但另一方面 ，这些不同 Model的空间形态的表现一般采用在局部区域中尽可能地保持一致 ，在另外一些区域中的空间结构则按蛋白质应有的结构特征进行记录与表达. 

(3)由此可见 
，在这种多 Model结构的图形表达中 ，往往会出现多种不同类型结构特征，它们经常会出现各种类型不同但形态奇特的多爪形结构. 

(4)
除了这些形态特征外 ，在蛋白质总体形态结构的研究中 ，还应包括密度分布与分子聚合团的结构因素 .其中密度分布是指在确定蛋白质总体形态结构的大体特征后 ，在不同的局部区域内所包含的氨基酸或原子的数量是不同的 ，因此形成不同区域中的密度分布. 

(5)
分子聚合团的结构.这就是在蛋白质总体形态结构中一些氨基酸或原子可形成不同键的聚合关系 ，因此它们的距离十分接近 ，而且存在相应的结合能关系 .有关蛋白质二级结构与超二级结构的多种类型都可看做在蛋白质内部形成的分子聚合团.


蛋白质的各种不同类型与多结构域、多 Model的空间形态与密度分布、分子聚合团的结构关系都是影响蛋白质形态形成的关键因素 .对这些问题在下面还有许多讨论. 

4.影响蛋白质总体形态结构的动力学因素
蛋白质总体形态结构的千差万别 ，它们是如何形成的 ，动力学的因素是关键 ，其中存在的问题很多，例如： 
(1)
在蛋白质内部不同区域的结构中 ，有的氨基酸序列会自由自在地延伸 ，从而产生细长的须带结构 ，而有的氨基酸序列会相互缠绕，从而产生块状结构 . 

(2)
在蛋白质内部的须带结构中 ，有的会自由自在地延伸 ，有的会自行折返 ，从而产生环状结构 .也有的会环绕某些基团运动 ，从而产生须带与基团平行环绕的结构. 

(3)
在蛋白质内部不同区域或结构的组合中 ，会出现各种不同类型的组合 ，这种组合过程是如何形成的，它们之间的动力学因素是什么.


在第 14章中我们已经给出了不同氨基酸及双氨基酸之间的动力学倾向性因子，这些因素与蛋白质总体形态结构的形态有无关系 ，如有关系 ，则如何表达正是我们需要作重点研究的课题.

目录
第四部分蛋白质的空间形态分析
第 16章空间形态分析概论与数学预备知识 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .531 

16.1蛋白质空间形态结构分析概述   531 

16.1.1蛋白质空间形态结构分析的主要途径   531 

16.1.2蛋白质空间结构的指标类型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .532 
16.1.3蛋白质空间结构形态的实例分析   535 

16.2形态分析的指标体系. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .536 
16.2.1蛋白质形态描述的总体指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .536 
16.2.2蛋白质内部与表面形态特征的指标   540 

16.2.3蛋白质内部其他特征指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .541 
16.3一些数学知识的补充与介绍   543 

16.3.1集合与拓扑空间   543 

16.3.2平面多边形与空间多面体 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .545 
16.3.3空间质点系与多面体 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547 
16.3.4超图与晶格   548
第 17章蛋白质空间形态的相似性分析   552 

17.1形态的相似性问题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552 
17.1.1形态的相似性的几种不同的度量指标   552 

17.1.2序列比对算法   554 

17.2蛋白质空间形态的比对   556 

17.2.1三角形拼接带参数序列的比对 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .557 
17.2.2离散化的蛋白质序列比对 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .558 
17.2.3对长度在 300 AA左右的蛋白质的总体相似性分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . .560 
17.2.4内部结构的相似性的比对结果与分析   562 

17.2.5长短蛋白质的比对与定位 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .567 
17.3其他实例计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569 
17.3.1离散情形下的实例计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569 
17.3.2同源蛋白质族的实例比对计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .570 
17.3.3其他同源蛋白质的实例比对计算   575 

17.3.4连续情形下的实例计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575第 18章空间质点系的深度理论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .579 
18.1深度的一般理论   579 

18.1.1深度的几种不同定义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579 
18.1.2 T-深度与 L-深度的定义与概念 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580 
18.1.3 T-深度计算的基本定理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .582 
18.1.4 T-深度的其他性质 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583 
18.2 L-深度与层次函数   584 

18.2.1 L1-深度的性质与推广 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584 
18.2.2一些简单图形的 L1-深度 ， L2-深度计算   586 

18.2.3质点系中的层次函数的定义与性质   591 

18.2.4密度分布的定义   593 

18.3深度函数的计算结果与分析   595 

18.3.1深度的计算结果   595 

18.3.2 T-深度与 L1-深度的关系分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596 
18.3.3氨基酸深度的倾向性因子计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .597 
18.3.4深度倾向性因子的其他分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .600 
18.3.5氨基酸序列在蛋白质中的深度预测   603 

18.3.6层次函数的计算分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604 
18.4利用 L-深度与密度分布对一些特殊形态的蛋白质作结构分析   606 
18.4.1一些具有特殊形态蛋白质的数据结构   606 

18.4.2图形文件与特征分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609 
18.4.3有关内部结构的计算分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .612 
18.4.4利用分布密度来说明蛋白质的形态结构特征 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614第 19章空间质点系形态分析的几种基本计算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620 
19.1凸闭包与凸壳 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620 
19.1.1凸闭包与凸壳的计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620 
19.1.2凸壳的拼接计算   622 

19.1.3对 PDB2D42蛋白质的初步分析   623 

19.1.4边界三角形的拼接计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626 
19.1.5 1GVM蛋白质的计算   629 

19.2小球滚动法   630 

19.2.1空球的定义与分类 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 630 
19.2.2空球网络结构图   633 

19.2.3空球网络结构的实际计算问题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .635 
19.3多面体收缩法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638 
19.3.1多面体结构性质的补充性质 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .638 
19.3.2多面体收缩法的原理与性质 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .640 
19.3.3多面体的收缩算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641 
19.3.4小球滚动法与多面体收缩法的图表示   642 

19.4实例计算与分析   643 

19.4.1对 2D42蛋白质的第一步小球滚动计算   643 

19.4.2多面体收缩计算   646 

19.4.3对 1GVM蛋白质的计算与分析   649 

19.4.4空球网络结构图的分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653 
19.4.5空球网络结构图的结构分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .655 
19.4.6其他实例计算   658
第 20章空间质点系的多面体拟合理论   660 

20.1多面体的拟合问题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660 
20.1.1多面体拟合的目的与要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .660 
20.1.2多面体拟合的类型与条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .662 
20.1.3多面体空间结构特征的分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .664 
20.1.4多面体的拟合计算方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 666 
20.2拟合多面体的凹凸结构性质的分析与讨论   668 

20.2.1凹凸深度的指标定义与分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .668 
20.2.2不同结构域的聚类计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670 
20.3拟合多面体的分解与组合分析法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .672 
20.3.1空间质点系的分解与组合 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .672 
20.3.2不同结构域的交叉重叠区 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .673 
20.3.3对 2D42蛋白质的初步计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674 
20.3.4 2D42蛋白质的活动坐标系计算与分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 675 
20.4对 2D42蛋白质结构域的多面体收缩计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .677 
20.4.1多面体的收缩计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677 
20.4.2对 2D42蛋白质结构域的 T-深度切割计算   680 

20.4.3对 1GVM蛋白质结构域的分解与组合计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683 
20.5拟合多面体的动力学分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689 
20.5.1蛋白质空间形态的动态分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .689 
20.5.2蛋白质与空间分子的啮合问题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .690 
20.5.3靶点的动力学分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 691 
第五部分若干应用问题
第 21章几种球蛋白与膜蛋白分析   695 

21.1血红蛋白的结构与功能分析   695 

21.1.1血红蛋白结构性质的回顾与补充   695 

21.1.2血色素的构造   698 

21.1.3血红蛋白的变异分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 699 
21.1.4血红蛋白空间结构的数据与图形表示   701 

21.2病毒概论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .702 
21.2.1病毒的分布、分类与研究   702 

21.2.2病毒的结构形态与传播过程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .703 
21.3免疫系统与免疫球蛋白   705 

21.3.1免疫机制的一般概念 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 705 
21.3.2免疫球蛋白的空间结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 708 
21.3.3免疫球蛋白的计算分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 709 
21.3.4免疫球蛋白的结构与功能分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .716 
21.4生物膜与膜蛋白   718 

21.4.1生物膜概论   718 

21.4.2几种典型的膜蛋白 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719 
21.4.3膜转运体   722 

21.4.4对膜蛋白的一些实例分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .724第 22章流行病传播过程中基因突变的定量化分析   726 
22.1基因突变定量化分析的一般理论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .726 
22.1.1流行病传播过程中的几个关键环节   726 

22.1.2序列比对的一般理论与方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .728 
22.1.3多重序列比对   731 

22.1.4序列比对中的一些理论问题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .734 
22.2定量化分析的主要方法   737 

22.2.1基因突变的类型分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 737 
22.2.2系统树的构造与分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 738 
22.2.3拓扑距离结构图的构造与分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .740 
22.2.4拓扑距离结构图的正交分解理论   743 

22.3 SARS病毒传播过程的分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 746 
22.3.1 SARS病毒传播过程的概况 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 746 
22.3.2 SARS病毒传播过程的分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 747 22.3.3正交分解理论的应用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 748 
22.4 HIV病毒传播的基因突变分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 751 
22.4.1 HIV病毒传播的一些基本知识   752 

22.4.2 HIV病毒的基因与蛋白质结构   753 

22.4.3一个特殊的 HIV病毒传播过程的定量化分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754 
22.4.4拓扑网络结构图的说明与讨论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .755第 23章神经网络系统与神经科学   757 
23.1神经网络系统概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 757 
23.1.1不同神经网络系统的研究内容与意义   757 

23.1.2 ANNS的研究概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .758 
23.1.3 NNS的构造与功能   760 

23.1.4 HBNNS概述   762 

23.2感知器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764 
23.2.1感知器模型与它的学习算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .764 
23.2.2感知器模型的推广 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 767 
23.2.3支持向量机   771 

23.3 其他几种 ANNS   772 HNNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 772
23.3.1 
23.3.2 HNNS中的一些理论问题   774 

23.3.3正向与反向的 HNNS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .776 
23.3.4有关智能计算法的讨论与说明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .778 
23.3.5对 ANNS的评议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 778 
23.4对 BNNS的讨论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 780 
23.4.1神经元与神经胶质的细胞特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .780 
23.4.2神经元与神经胶质的网络结构特征   783 

23.4.3不同感觉所产生的信号类型与特征   785 

23.4.4不同感觉所产生的信号的异同点   787 

23.5神经科学的综合研究与应用   789 

23.5.1对不同 NNS研究的意义   790 

23.5.2感知器模型的推广 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791 
23.5.3关于 ANNS理论推广问题的探讨   794 

23.5.4对神经科学发展与应用的探讨与展望   795
第 24章酶与酶动力学   798 

24.1概论   798 

24.1.1酶的发现与特性   798 

24.1.2酶的命名分类   800 

24.1.3酶学杂谈   803 

24.2酶动力学. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .803 
24.2.1酶的动力学分析原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803 
24.2.2酶的活力分析   805 

24.2.3酶活力的微观分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 809 
24.2.4酶的实例分析   810 

24.2.5对 ATP酶的分析   812 

24.3酶的应用与酶工程学概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814 
24.3.1酶的工业生产   814 

24.3.2酶的应用   816 

24.3.3酶在一些前沿科学研究中的应用   817第 25章若干热点问题的探讨 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 821 
25.1生态的多样性与系统的平衡问题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .821 
25.1.1蛋白质结构类型的多样性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .821 
25.1.2从蛋白质的一级结构与空间结构看它的多样性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823 
25.1.3蛋白质多样性与生态系统的平衡性问题   825 

25.2生物能源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .825 
25.2.1能源问题概论   825 

25.2.2生物能源概论   829 

25.2.3对第三代生物能源的探讨 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .830 
25.2.4发展第三代生物能源的其他问题   834 

25.2.5从科学幻想到科学奇迹 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 835 
25.3关于基因分子生物学的补充说明与介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .836 
25.3.1基因组与染色体的一般特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .836 
25.3.2染色体与基因组的空间结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .839 
25.3.3细胞的有丝分裂与 RNA的结构分析   842 

25.3.4基因组序列中的动力学性质 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .844 
25.3.5基因分子生物学中的疑难问题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .846 
25.4其他难点问题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 848 
25.4.1一些难点问题   848 

25.4.2造成这些难点问题的生理因素 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .849 
25.4.3对动力学因素的考虑 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 851 
25.5结束语 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853 

第六部分附录
附录 A重要符号的说明   857 

A.1不同类型符号的说明   857 

A.1.1英文大、小写字母的表示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .857 
A.1.2希腊字母的表示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .859 
A.1.3有关 PDB数据库中英文字母的表示   860 

A.2有关数学公式的表示   862 

A.2.1随机变量的概率分布与特征数   862 

A.2.2一些数学公式与符号   864 

A.2.3空间多面体与图的记号   864 

A.3尺度指标的数据与比较 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 865 
A.3.1尺度指标概论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .865 
A.3.2一些典型的尺度指标   867 

A.3.3其他综合尺度分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .869附录 B一些重要概念与结果的说明   873 
B.1生物信息学与信息动力学   873 

B.1.1生物信息学 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873 
B.1.2 ID的理论与方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .874 
B.1.3 ID与蛋白质一级结构的语义分析   875 

B.2一些数学理论、方法与工具 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .876 
B.2.1图论与拓扑空间 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .876 
B.2.2凸闭包与空间多面体   878 

B.2.3分子结构的几何分析   879 

B.2.4分子结构的统计分析   880 

B.3氨基酸与蛋白质的空间结构   881 

B.3.1氨基酸的空间结构与蛋白质的三维结构表示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .881 
B.3.2蛋白质三维结构研究中的一些主要结论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883 
B.3.3蛋白质的空间结构形态   885 

B.3.4蛋白质的空间结构形态的分析方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 886 
B.4分子动力学理论的分析与讨论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 888 
B.4.1蛋白质的形成过程与溶液中的动力学问题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .888 
B.4.2蛋白质内部的自由能   890 

B.4.3蛋白质内部的结合能   891 

B.5一些应用问题的说明   892 

B.5.1一些重要蛋白质的分析   892 

B.5.2一些特殊问题的讨论与分析   895 

B.5.3酶与酶动力学 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 899 
B.5.4有关热点问题的讨论   905 

B.5.5基因分子生物学的补充说明与介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 907附录 C有关数据库与光盘的说明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 911 
C.1关于数据库与数据处理中的一些说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .911 
C.1.1关于数据库与数据处理中的一些问题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 911 
C.2光盘文件的说明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 912 
C.2.1 DATA0文件包   912 

C.2.2 DATA1与 DATA2文件包 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913 
C.3光盘中所有文件一览表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 914参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .921索引   934