原子特征：生命的分子基础
Seeing the Molecular Basis of Life
作者：David S. Goodsell
出版：Springer Nature
索书号：Q7/G655/2016/Y
ISBN: 978-3-319-32508-8
藏书地点： 武大外教中心
生物学是对生命和生物的研究，研究其结构、功能、发生和发展规律的科学，是自然科学的一个基本组成部分。物理学是对物质和自然规律的研究，以了解物质和宇宙的行为，具体地是对能量和物质以及两者如何在时间和空间中相互作用的研究的学科，研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，是许多自然科学的基础。在某些情况下，物理学无法证明或无法解释生物学现象，生物学无法证明或无法解释物理学现象。例如，物理学无法解释DNA特质的加密或与进化有关的历史偶然性；物理学和生物学无法描述生命的起源，也无法解释无机物如何转变为有机生命。物理学和生物学最基本的联系在于，当将世界仔细划分下去，比如将生物世界仔细划分下去，划分为器官、再到组织、再到细胞，在细胞下还有蛋白质、RNA、基因等，再细分为分子和原子、再到质子和电子等。从这个意义上来讲，物理学是生物学的基础，也成为其他各自然科学学科的研究基础。
物理学与生物学之间联系的关键环节是由生物分子提供的，例如电离子通道，这些使生物逻辑从基础物理学中体现出来。功能的选择产生了活细胞。细胞通过从环境中收集能量来远离热平衡。它们由数千种不同类型的分子组成，以DNA的形式包含了以生存和繁殖为目的的信息。
原子是最小的物质，它可以发生化学反应，它没有寿命期限。原子是由质子、中子和电子组成的。世界上一切物质都是由原子构成的，任何原子都是由带正电的原子核和绕原子核旋转的带负电的电子构成的。原子以最小最终物质的形态存在，简单的说所有的事物归零，死后都会变成一种原子存在。原子是人生命的最终形态，也可以说是万物的最终形态。
原子有一定的组合排列，即分子，如水分子就是H原子和O原子排列而成的。其中分子包括有机分子，也有无机分子，也可以分成小分子和大分子。像细胞包括细胞膜、细胞液、细胞质等，细胞液中可能会有糖分，会有盐分等。盐就是由Na原子和Cl原子组成，它们是小分子。细胞质中有核苷酸，是大分子。简单地说就是原子组成分子，分子又组成了生物体。
结构生物学是一门研究生物大分子的三维空间结构、动态过程和生物学功能的交叉性学科。结构生物学研究可以提供生物大分子在原子分辨率水平的原子坐标、相互作用的细节信息以及生物大分子在行使其功能时的动态变化，这些结构信息与功能研究相结合，不仅能促进人们对生物大分子的生物功能和分子机理的认识，阐述重要的生物学问题，同时也能探索与生物大分子功能失调相关疾病的发病机理。
从发展趋势来看，生命科学的各个分枝学科都必然需要深入到分子水平，运用结构生物学的概念、方法和知识才能保持学科的生命力，才能彻底解释各种生命现象。1970年代初期，中国科学工作者测定了亚洲地区第一个蛋白质晶体结构——猪胰岛素三方二锌晶体结构，成为中国结构生物学历史发展的起点。通过X射线，观测蛋白质的精细结构，通过了解结构的特点，深入理解蛋白质如何在生命活动中进行工作，进而为探寻疾病根源、设计新药提供新路径，短短几十年发展历史中，已有十余个诺贝尔奖颁给了结构生物学领域。
没有直接的方法可以看到单个分子，至少是原子的细节，所以不得不使用一些专门的方法来探测结构的不同方面。然后，根据这些信息，可以建立对分子的理解，并创建与数据一致的分子图像。以核糖体为例，几十年来，研究人员一直在研究这个难以捉摸的课题，从许多来源收集信息，以建立今天所拥有的详细了解。目前用于确定分子原子结构的所有方法都依赖于观察分子的多个副本。因此，第一步是纯化分子，将其与细胞分离。由于几个原因，这是这些研究的一个惊人的大限制。首先，不能真正看到它在细胞中是如何工作的，只能观察到它在人工、纯化状态下是如何工作的。其次，各种非细胞条件通常是必要的，以稳定分子在其纯化状态。幸运的是，在核糖体的例子中，当它们被纯化并与适当的伙伴混合后，它们开始了构建蛋白质的任务，所以我们有理由相信，当它们在细胞的正常环境中时，它们的行为是相似的。最后，一旦得到一个纯化的(但仍然有活性的)分子，就可以运用这三种主要技术来探索生物分子结构，即电子显微镜，x射线晶体学和核磁共振(NMR)谱学。
通过电镜观察发现核糖体结构和功能的所有基本特征：大亚基和小亚基的形状，信使RNA在它们之间的穿线和转移RNA亚基的位置，大亚基后面的出口通道，内质网中核糖体与蛋白质转运体的联系，以及许多其他的东西。如今，研究人员正利用低温电子显微镜的详细结构，一片片地揭示蛋白质合成的每一步，以及与这一过程中许多分子的相互作用。x射线晶体学是最不模糊的，但也许是最人工的测定原子结构的方法。
《原子特征：生命的分子基础》一书于2016年由Springer Nature出版，作者是David S. Goodsell。本书共分为23个章节，从生物学的核酸结构到蛋白行使功能，重点从结构、原子构成的视角介绍了生命活动中的分子基础，使人们对DNA到蛋白质等生物大分子的了解更微观化。
生物分子科学在我们的日常生活中越来越重要，它帮助我们回答诸如为什么我每年都要打新的流感疫苗?我应该被所有关于细菌耐药性的新闻吓到吗?我刚在网上看到的那种新饮食方法怎么样? 萤火虫是怎样发光的?为什么植物和动物种群要经过许多代才能进化等问题，让我们对我们的饮食、健康更加关注，从而在我们的健康上做出关键的选择。
《原子特征：生命的分子基础》一书采用基于证据的方法，研究生物分子的结构及其在我们生活中的地位，探索我们是如何知道我们所知道的，以及当前的知识差距如何影响我们个人对信息的处理方法。这本书分为一系列的短文，介绍了生物分子科学的一些基本概念，以及执行生命基本功能的分子的许多例子。本书图文并茂，逻辑清晰，从分子基础的层面揭示了生物分子科学的魅力，适合分子生物学专业的学生及研究人员参阅，旨在通过对分子结构的了解，让我们更想深入地探索自然，并受到生命内部复杂运作方式的启发。
总的说来，《原子特征：生命的分子基础》一书为想要了解生物分子基础的人员提供了清晰的导读路径，值得一读。
本书目录：
1 蛋白质数据库
2 眼见为实：结构求解方法
3 可视化分子的不可见世界
4 DNA的曲折
5 中心法则
6 生命的秘密：遗传密码
7 行动中的进化
8 进化如何塑造蛋白质
9 蛋白质折叠的宇宙
10 蛋白质结构的有序与混乱
11 分子电子学
12 绿色能源
13 最佳性能
14 细胞信号网络
15 GPCRs透露
16 激素信号
17 单分子化学：酶的作用和过渡态
18 酶的世界七大奇迹
19 构建骨架
20 为生物世界着色
21 神奇的抗体
22 攻击和防御：免疫系统的武器
23 重建艾滋病毒
邹娟 武大生科院 博士研究生