单分子生物物理学

专业英语翻译学习-生物物理化学英语词汇分子生物物理学 molecular biophysics生物物理化学 biophysical chemistry分子动力学 molecular dynamics柔性 flexibility指生物大分子，如蛋白多肽链和磷脂脂肪酸链活动水准的大小。

如需转载，请注明来自：fane『翻译中国』序参数 order parameter一级结构 primary structure二级结构 secondary structure三级结构 tertiary structure四级结构 quaternary structure螺旋结构 helical structureα螺旋α-helixβ折叠β-pleated sheet蛋白质二级结构中的一种构象，其多肽链在空间的走向发生180°的转变。

链间氢键 interchain hydrogen bond链内氢键 intrachain hydrogen bondβ转角β-bend, β-turn蛋白质折叠 protein folding解折叠 unfolding解旋 unwinding内旋转 internal rotation三股螺旋 triple helix, triplex螺旋度 helicity分子肺 molecular lung血红蛋白随氧的得失，其四级结构和亚基间距离发生显著变化，这种一张一合的情况与肺的呼吸类似，可理解为分子肺。

双螺旋 duplex, double helix碱基堆积 base stacking扭结 kink水结构 water structure结合水 bound water生物能学 bioenergetics[离子]近层水 primary water离子与水作用，使分子沿着离子造成的电场排列，在离子周围形成结合较紧密、有序性较高的水层。

全反构型 all transconfiguration扭曲构象 guache conformation寻靶作用 targetting二色性 dichroism荧光团 fluorophore荧光标记 fluorescence labelling荧光探剂 fluorescence probe荧光偏振 fluorescence polarization荧光寿命 fluorescence lifetime活性氧 active oxygen超氧阴离子 superoxide anion笼形结构 cage structure非极性分子与水分子相互作用，使水的有序性增强；非极性分子在水中形成空穴，这种非极性分子周围的水分子形成笼形样结构。

原子力显微镜及其在生物单分子研究中的应用刘冰 W22046中国人民解放军防化研究院摘要原子力显微镜（AFM）是观察样品表面结构的一种新工具，它具有比传统扫描电子显微镜更高的分辨率，并且可以在生理条件下进行实时观察。

在生物单分子的研究中，原子力显微技术已广泛用于观察生物大分子的超微结构、生理生化过程以及生物分子之间分子内作用力的测量。

本文就相关文献进行综述。

关键词原子力显微镜（AFM）单分子力谱在生物单分子研究中，人们希望实时地看到具体的真实的变化过程，而不仅仅是根据前后的现象和关系来推理，即要得到真实的单个分子在一定时间内的动态行为以及分子间和分子内相互作用力的变化情况。

而这种动态变化正是人们研究生物大分子结构与功能关系最重要得基础。

这就需要更高分辨率的显微镜。

适应这种需要，许多用于表面结构分析的现代仪器相继问世，如透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、场离子显微镜（FIM）、俄歇电子能谱仪（AES）、光电子能谱（ESCA）等，但是大多数技术都无法真正地直接观测生物分子地微观世界。

原子力显微镜及基于原子力显微技术的单分子力谱的出现为这一问题的初步解决奠定了基础。

随着原子力显微技术的不断提高，最近短短的几年里，AFM几乎被应用到生命科学中的每一个领域，并取得了许多其它方法未能得到的令人鼓舞的成果。

1 原子力显微镜的工作原理及特点简单地说，原子力显微镜在扫描隧道显微镜（STM）的基础上发展起来的。

1982年，第一台STM问世。

其工作原理是：当探针与样品表面间距离小到纳米级时，探针与样品间会产生隧道电流。

STM就是通过检测隧道电流来反映样品表面形貌和结构的。

STM要求样品表面能够导电，从而使得STM只能直接观察导体和半导体的表面结构；对非导电的物质则要求覆盖一层导电薄膜，但导电薄膜的粒度和均匀性均难以保证，且导电薄膜掩盖了物质表面的细节。

为了克服STM的不足，在1986年由BiningQuate和Gerber推出了原子力显微镜（AFM）。

生物物理学研究生物物理学是针对生物体现象进行物理学解释和建模的交叉学科。

生物物理学家通常使用物理学方法来研究生命科学问题，比如结构、动力学、生物材料、生物电、生物磁力学、生物声学和神经科学。

生物物理学家越来越多地使用分子生物学、细胞生物学和组织学等生命科学的技术和知识，并将这些技术和知识与物理学和工程学知识结合起来，以更加系统地理解生命和生态系统的物理学特性。

通过对生物体的物理学研究，我们可以更好地了解生命在其最基础的水平上的工作原理和独特特点。

正因如此，生物物理学受到越来越多的关注。

生物物理学被认为是一个高度具有挑战性和前沿性的研究领域，它不仅涉及到理论物理学家和生命科学家之间的紧密合作，还涉及到计算物理学，材料科学，机械工程学以及电气工程学等等不同领域的交叉研究。

生物物理学的研究主题是多样的，其中包括分子和细胞动力学、膜物理学和生物材料学、蛋白质结构和动力学、光学显微镜技术、分子生物物理学和纳米生物学等等。

这些研究主题之间有许多相互关联的方面，需要共同协作与研究。

生物物理学家的一个主要任务是研究特定生物分子的结构和功能。

不同的细胞和分子的结构会决定它们的特性和功能型态。

了解这些分子的结构和功能对于了解生命的基本过程和治疗许多疾病具有很大的意义。

生物物理学家还研究生物化学过程和微观结构中不同分子之间的相互作用。

在细胞生物学和分子生物学领域中，生物物理学家使用磁共振成像，X射线衍射和单个分子测量等技术进行分析，以了解生物体系的结构和功能。

最近几年，生物物理学家们还致力于将生物学与工程学和材料科学结合起来，以开发出类似于生物体自然形成的材料。

例如，生物物理学家正在研究生物化学化合物，以创造新型的生物医用材料和药物传递系统。

生物物理学和纳米科技也有着许多共性，生物物理学家们正致力于研究可用于制造微型和纳米量级物体的微结构集成技术和技术方法，这些集成技术对于研究分子和细胞更细微的过程的理解和研究非常重要。

生物物理学试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 生物物理学是研究什么的学科？A. 生物的物理性质B. 生物的化学性质C. 生物的形态结构D. 生物的遗传信息答案：A2. 细胞膜的流动性主要是由哪种分子结构决定的？A. 脂质双层B. 蛋白质分子C. 多糖链D. 核酸分子答案：A3. 以下哪种技术常用于研究蛋白质结构？A. 核磁共振B. 电子显微镜C. 质谱分析D. 色谱分离答案：A4. 光合作用中，光能转化为化学能的过程主要发生在哪个部位？A. 叶绿体B. 线粒体C. 细胞核D. 细胞质答案：A5. 以下哪种现象不属于生物物理学研究范畴？A. 细胞膜的电位变化B. 肌肉收缩的力学机制C. 基因的复制过程D. 植物的光周期现象答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 生物物理学的研究方法包括以下哪些？A. 光谱学B. 热力学C. 量子力学D. 统计力学答案：A, B, D2. 以下哪些因素会影响细胞膜的通透性？A. 膜脂的流动性B. 膜蛋白的种类C. 细胞外的离子浓度D. 细胞内的pH值答案：A, B, C3. 以下哪些技术可以用于研究生物大分子的三维结构？A. X射线晶体学B. 电子显微镜C. 核磁共振D. 质谱分析答案：A, B, C4. 以下哪些现象属于生物物理学研究的内容？A. 细胞信号传导B. 酶的催化机制C. 基因表达调控D. 细胞周期控制答案：A, B, D5. 以下哪些因素会影响蛋白质的稳定性？A. 温度B. pH值C. 离子强度D. 蛋白质的氨基酸序列答案：A, B, C, D三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述生物物理学在医学领域的应用。

2. 描述一下光合作用中光能是如何被植物利用的。

3. 解释一下什么是生物膜的流动性，以及它对细胞功能的重要性。

4. 阐述一下生物物理学如何帮助我们理解细胞信号传导的过程。

四、计算题（每题10分，共20分）1. 如果一个细胞膜的电位差为70mV，通过一个离子通道的离子流为1.2×10^-9 A，计算该离子通道的电导率。

分子生物学是如何产生和发展的？什么是中心法则？简述其产生的背景和重要意义。

要求：2000－3000字时间：2周一、生物学的产生和发展1930年代，由于许多生物化学家发现细胞内的许多分子参与了各种复杂的化学反应，分子生物学由此逐步建立。

但直到1938年“分子生物学”一词才由瓦伦·韦弗提出（也有人认为“分子生物学”一词最早于1945年威廉·阿斯特伯里首先在Harvey Lecture上应用的）。

瓦伦是当时洛克斐勒基金会自然科学方面的主持人，他相信由于在X射线晶体学等方面的发展，生物学正在进入一个大的转变期，他也因此将基金会的资金用于资助生物领域的研究。

分子生物学的研究者们不仅应用分子生物学特有的技术，而且越来越多地从遗传学、生物化学和生物物理学的技术和思路中获得启迪，综合利用。

因此，这些学科间越来越多地相互融合，不再有明确的分界线。

左图抽象地展示了对相关领域之间的相互关系一种可能的阐释：“生物化学”主要研究化学物质在生物体关键的生命进程中的作用。

“遗传学”主要研究生物体间遗传差异的影响。

这些影响常常可以通过研究正常遗传组分（如基因）的缺失来推断，如研究缺少了一个或多个正常功能性遗传组分的突变体与正常表现型之间的关系。

遗传相互作用经常会使像基因敲除这类研究的结果难以解释。

“分子生物学”则主要研究遗传物质的复制、转录和翻译进程中的分子基础。

分子生物学的中心法则认为“DNA 制造RNA，RNA 制造蛋白质，蛋白质反过来协助前两项流程，并协助DNA 自我复制”；虽然这一描述对分子生物学所涵盖的内容过于简单化，但仍不失为了解这一领域的很好的起点。

结构分析和遗传物质的研究在分子生物学的发展中作出了重要的贡献。

结构分析的中心内容是通过阐明生物分子的三维结构来解释细胞的生理功能。

1912年英国W.H.布喇格和W.L.布喇格建立了X射线晶体学，成功地测定了一些相当复杂的分子以及蛋白质的结构。

以后布喇格的学生W.T.阿斯特伯里和J.D.贝尔纳又分别对毛发、肌肉等纤维蛋白以及胃蛋白酶、烟草花叶病毒等进行了初步的结构分析。

细胞骨架的生物物理学研究及其在疾病中的作用细胞骨架是细胞内一个重要的支架结构，由微丝、中间丝和微管等高分子聚集体组成，为细胞提供形态支撑、膜运输、信号传导、细胞运动和细胞分裂等功能。

因此，不少疾病发生与细胞骨架的重组和调控失调密切相关，比如癌症、心血管疾病、神经系统疾病等。

本文将对近年来细胞骨架生物物理学研究和其在疾病中的作用进行介绍。

细胞骨架的结构和机制细胞骨架主要由三种细胞骨架蛋白组成，包括微丝、中间丝和微管。

其中，微丝是由肌动蛋白组成的，主要参与细胞形态变化、肌肉收缩和细胞内颗粒的移动等过程。

中间丝由鼠李糖原蛋白等蛋白组成，主要参与细胞内颗粒的移动和细胞的机械支持等过程。

微管则由α-和β-微管蛋白组成，主要参与细胞分裂、组织形态维持和细胞内物质的运输等过程。

细胞骨架重要的物理性质之一是动态平衡（dynamic equilibrium）。

这是指多种不同蛋白异构体之间的动态动力学相互平衡，确保细胞骨架在细胞内高度动态的组装和解体过程中保持稳定。

在微丝中，肌动蛋白分子可以通过聚合和解聚来形成微丝，而细胞形态可通过微丝聚合和解聚调控。

中间丝和微管的聚合和解聚过程也类似。

细胞骨架的生物物理学研究近年来，基于单分子技术和生物物理学研究手段，对细胞骨架蛋白的动态平衡机制和功能进行了深入研究。

比如，利用单分子动力学技术观测了细胞骨架蛋白在细胞内的动态运动过程，可以更加准确地量化相关动力学参数（比如速度和积分时间等），增强对蛋白质运动机制的理解。

此外，通过基于生物物理学原理的微流控装置可以模拟细胞运动和形态调控等过程，并揭示了其动力学和建模特征。

通过这些技术，可以不同依赖于活细胞实验而直接应用于单个分子的定量研究，大大提高了对细胞骨架形态、机制和功能的理解。

细胞骨架在疾病发生中的作用许多疾病发生与细胞骨架的组织和调控失调密切相关。

例如，癌症细胞常常会产生许多肌动蛋白行进的纤维丝，以便细胞逃脱正常的细胞间信号依赖，维持其不断地自我分裂和扩散。

生物物理学的研究内容非常广泛，并且涉及到多个层次的生物体，从分子、细胞、组织到器官、器官系统和整个生物体，生物物理学都有研究内容。

生物物理学的研究方法也非常多样，包括实验方法、理论分析、计算模拟等。

在这篇文章中，我们将介绍一些生物物理学的基本知识点，包括生物分子的结构和功能、生物膜的物理化学特性、细胞的物理化学过程、生物传感和生物信号传导、生物能量转换、生物结构与功能的关系、生物系统的动力学和稳态等。

生物分子的结构和功能生物分子是组成生物体的基本单位，包括蛋白质、核酸、多糖、脂质等。

这些生物分子在生物体内起着非常重要的作用，包括储存信息、传递信息、催化化学反应、提供能量、维持结构和功能等。

生物物理学通过研究生物分子的结构和功能，揭示了生物体内的许多重要机理，为新药研发和疾病治疗提供了重要的理论基础。

生物膜的物理化学特性生物膜是生物体内非常重要的结构，包括细胞膜、细胞器膜等。

生物膜在维持细胞内外环境的稳定性、传递信号、储存能量等方面起着非常重要的作用。

生物膜的物理化学特性包括膜的流动性、透过性、蛋白质在膜上的定位和作用等。

生物物理学通过研究生物膜的物理化学特性，揭示了许多重要的细胞过程的机理。

细胞的物理化学过程细胞是生物体的基本单位，包括原核细胞和真核细胞。

细胞内发生的许多重要生物学过程，如分子运输、细胞器分布、细胞分裂等，都受到物理化学过程的调控。

生物物理学通过研究细胞的物理化学过程，揭示了许多细胞功能和细胞结构的基本规律。

生物传感和生物信号传导生物传感是生物体对外部刺激的感知和响应过程，生物信号传导是细胞内外分子之间相互作用的传导过程。

生物物理学通过研究生物传感和生物信号传导，揭示了许多细胞信号通路和生物体内稳态调控的机理。

生物能量转换生物体内的许多生物学过程都依赖于能量转换，如呼吸作用、光合作用等。

生物物理学揭示了生物体内的能量转换机制，为解释生物体内的许多生物学现象提供了重要的理论基础。

生物结构和功能的关系生物体内的结构和功能之间有着密切的关系，结构决定功能。

1、分子生物学的定义。

从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学，主要指遗传信息的传递（复制）、保持（损伤和修复）、基因的表达（转录和翻译）与调控。

2、简述分子生物学的主要研究内容。

a.DNA重组技术（基因工程）（1）可被用于大量生产某些在正常细胞代谢中产量很低的多肽 ;（2）可用于定向改造某些生物的基因组结构 ;（3）可被用来进行基础研究b.基因的表达调控在个体生长发育过程中生物遗传信息的表达按一定时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）。

c.生物大分子的结构和功能研究(结构分子生物学）一个生物大分子，无论是核酸、蛋白质或多糖，在发挥生物学功能时，必须具备两个前提：(1)拥有特定的空间结构（三维结构）；(2)发挥生物学功能的过程中必定存在着结构和构象的变化。

结构分子生物学就是研究生物大分子特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。

它包括3个主要研究方向：(1) 结构的测定 (2) 结构运动变化规律的探索 (3) 结构与功能相互关系d.基因组、功能基因组与生物信息学研究3、谈谈你对分子生物学未来发展的看法？(1)分子生物学的发展揭示了生命本质的高度有序性和一致性，是人类认识论上的重大飞跃。

生命活动的一致性，决定了二十一世纪的生物学将是真正的系统生物学，是生物学范围内所有学科在分子水平上的统一。

(2)分子生物学是目前自然学科中进展最迅速、最具活力和生气的领域，也是新世纪的带头学科。

(3)分子生物学是由生物化学、生物物理学、遗传学、微生物学、细胞学、以及信息科学等多学科相互渗透、综合融会而产生并发展起来的，同时也推动这些学科的发展。

(4)分子生物学涉及认识生命的本质，它也就自然广泛的渗透到医学、药学各学科领域中，成为现代医药学重要的基础。

1、DNA双螺旋模型是哪年、由谁提出的?简述其基本内容。

DNA双螺旋模型在1953年由Watson和Crick提出的。