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第一部分 系统生物学基本概念3

第一章 系统生物学的基本定义：系统与整合&Hans V.Westerhoff3

1.系统生物学的基本定义3

2.体内试验和体外实验整合的重要性5

3.系统生物学的其他定义7

4.不同类型的系统生物学8

致谢9

参考文献9

第二部分 系统生物学中的关键仪器设备15

第二章 质谱在系统生物学中的应用简介&Warwick B.Dunn15

1.简介16

2.什么是质谱？16

3.质谱仪的基本组成17

4.质谱仪的优点30

5.质谱在系统生物学中的应用31

致谢33

参考文献34

第三章 基于细胞阵列和荧光寿命成像显微镜的原位高通量蛋白质翻译后修饰定量分析&Hernan E.Grecco， Pedro Rada-Navarro， Sven Fengler，and Philippe I.H.Bastiaens38

1.简介38

2.方法38

3.结果和讨论48

4.结论：为什么使用基于细胞阵列和荧光寿命成像显微镜的技术（CA-FLIM）？50

参考文献57

第四章 基于分光光度仪的吸收光谱分析&Sanjay M.Nilapwar， Maria Nardelli， Hans V.Westerhoff，and Malkhey Verma60

1.简介60

2.分光光度分析的原理60

3.硬件64

4.紫外-可见光谱分析的应用66

5.展望74

致谢74

参考文献75

第三部分 系统生物学中的核酸研究80

第五章 一种用于RNA测序的链特异性RNA库制备的标准流程&Tatiana Borodina， James Adjaye， and Marc Sultan80

1.简介80

2.单链RNA测序的标准流程83

参考文献97

第六章 基于实时定量PCR的基因表达分析&J.Jozefczuk and James Adjaye100

1.简介100

2.引物设计101

3.引物验证101

4.从培养的细胞中分离和定量 RNA102

5.反转录103

参考文献109

第四部分 系统生物学中的蛋白质制备和定量112

第七章 采用QconCAT技术进行蛋白质定量及修饰分析&Kathleen M.Carroll， Francesco Lanucara， and Claire E.Eyers113

1.简介114

2.表达和纯化QconCAT蛋白质119

3.待分析样品的准备123

4.质谱分析126

5.蛋白质翻译后修饰定量128

6.实验重复-生物学重复以及技术重复129

7.总结和综合考虑130

参考文献130

第八章 基于SILAC技术的定量蛋白质组技术&Francesco Lanucara and Claire E.Eyers133

1.简介134

2.什么是SILAC技术136

3.SILAC的常规操作流程140

4.应用146

5.结论148

参考文献148

第九章 基于核酸编程的蛋白质芯片制备技术（NAPPA）：一个切合时宜的蛋白质表达和纯化系统&Ji Qiu and Joshua LaBaer151

1.简介152

2.NAPPA技术的基本原理154

3.蛋白质芯片的制备155

4.蛋白质表达的检测160

致谢162

参考文献162

第十章 采用巨大芽孢杆菌进行重组蛋白质制备的系统生物学&Rebekka Biedendieck， Claudia Borgmeier， Boyke Bunk， Simon Stammen，Christian Scherling， Friedhelm Meinhardt，Christoph Wittmann， andDieter Jahn165

1.简介166

2.巨大芽孢杆菌的操作167

3.巨大芽孢杆菌系统生物学184

致谢191

参考文献192

第十一章 采用酿酒酵母系统表达蛋白质以用于系统生物学研究&Naglis Malys， Jill A.Wishart， Stephen G. Oliver， and John E. G. McCar-thy197

1.简介198

2.常用表达系统的比较199

3.用于在酿酒酵母中制备蛋白质的各类表达库199

4.采用带亲和肽的酿酒酵母蛋白质表达库进行蛋白质表达和纯化的202

标准流程202

5.蛋白质分析和定量207

6.蛋白质组分析和酶动力学分析中所涉及的蛋白质209

7.结语209

致谢209

参考文献210

第五部分 系统生物学研究中的酶学分析215

第十二章 酵母代谢的接近完全定量分析：在近似体内状态下估计同工酶动力学常数的一种系统性策略&Hanan L.Messiha， Naglis Malys， and Kathleen M.Carroll215

1.简介216

2.系统生物学中的酶动力学218

3.同工酶的制备和纯化219

4.酶学分析的常规流程220

5.酿酒酵母糖酵解同工酶活力测定的方法225

6.结论229

致谢229

参考文献229

第十三章 系统生物学中的酶动力学：何时、为何以及如何&Malgorzata Adamczyk， Karen van Eunen， Barbara M.Bakker，and Hans V.Westerhoff233

1.系统生物学中的酶动力学：五个需要考虑的重要因素234

2.三种使用不同酶动力学的系统生物学研究策略240

3.生物材料244

4.操作流程246

5.展望252

致谢253

参考文献253

第六部分 代谢研究中的样品制备261

第十四章 在系统生物学研究中采用连续培养&Catherine L.Winder and Karin Lanthaler261

1.简介262

2.实验中的注意事项266

3.连续培养装置的操作270

4.用于质谱分析和代谢组分析的生物材料取样273

致谢274

参考文献274

第十五章 酵母胞内代谢组相关样品处理：代谢反应终止、代谢物抽提和定量的方法&Warwick B.Dunn and Catherine L.Winder277

1.简介278

2.终止胞内代谢反应，从不同批次的培养中收集样品280

3.从胞内代谢物中抽提极性和非极性代谢物284

4.通过GC-MS来定量分析有机酸288

致谢295

参考文献295

第十六章 植物代谢组学及其在系统生物学研究中的潜力：概念、技术及方法&J.William Allwood，Ric C.H.De Vos， Annick Moing， CatherineDeborde， Alexander Erban， Joachim Kopka， Royston Goodacre， andRobert D.Hall299

1.植物代谢组学简介301

2.植物培养及植物材料准备中的注意事项305

3.GC-TOF/MS代谢物分析、参考实验流程及数据处理方法309

4.HPLC-PDA-QTOFMS代谢物分析、参考实验流程及数据处理方法314

5.1H NMR代谢物分析、参考实验流程及数据处理方法317

6.结语326

致谢327

参考文献327

第十七章 通过基于NMR的代谢组学分析来研究动物的代谢&Reza Salek， Kian-Kai Cheng， and Julian Griffin337

1.简介338

2.从组织中抽提代谢产物339

3.通过NMR来分析生物流体材料343

4.哺乳动物组织采用高精度魔角旋转1H NMR来进行代谢产物的直接测定346

5.数据处理349

6.结论350

致谢350

参考文献350

第七部分 系统生物学中的数学建模355

第十八章 酿酒酵母中海藻糖生物合成通路动力学模型的构建&Kieran Smallbone， Naglis Malys， Hanan L.Messiha， Jill A.Wishart，and Evangelos Simeonidis355

1.简介356

2.生物学背景357

3.模型的发展363

4.结果366

5.讨论367

致谢368

参考文献368

第十九章 可持续性模型的构建：标准和生物学语义的重要性&Falko Krause， Marvin Schulz， Neil Swainston， and Wolfram Lieber-meister371

1.可持续性模型的构建372

2.如何构建可重复使用的模型373

3.如何采用标准的格式来实现模型375

4.如何归档和标注模型379

5.可用于模型构建的工具和标注382

6.如何产生和画一个简单模型388

7.基因组层次的网络重构中的标注389

致谢392

参考文献393

第二十章 从反应网络到信息流——采用模块化反应分析跟踪信息在信号网络中的传输&Pascal Schulthess and Nils Bluthgen397

1.简介398

2.模块化反应分析399

3.保守性分析402

4.采用蒙特-卡罗方法来进行从反应模式效应网络的分析404

5.结论408

致谢408

参考文献409

第二十一章 全基因组代谢网络重构及基于约束的建模方法&Charles R.Haggart， Jennifer A.Bartell，Jeffrey J.Saucerman， andJason A.Papin411

1.简介412

2.代谢网络重构413

3.基于约束的建模方法420

4.总结430

致谢431

参考文献431

第八部分 理解系统生物学437

第二十二章 代谢分析实践：采用基元通量模式（EFM）来分析复杂的生物化学通路&Sascha Schauble， Stefan Schuster， and Christoph Kaleta437

1.简介438

2.基元通量模式438

3.应用443

4.结论452

致谢452

参考文献454

第二十三章 如何得到真实且准确的速率数据&Sef J.Heijnen and Peter J.T.Verheijen457

1.简介458

2.对培养容器中的培养基进行定量459

3.被忽略的生物学过程467

4.对被忽略的过程和系统性误差进行检测473

5.统计误差的传递：计算的速率的准确性482

6.以获得真实准确速率为目标的实验设计486

7.数学的一致性502

8.结论507

文献508

第二十四章 基因组水平的代谢模型及对其进行分析的可行指南&Filipe Santos， Joost Boele， and Bas Teusink509

1.简介510

2.基因组水平的代谢模型在众多建模方式中的位置514

3.构建基因组规模的代谢模型的艺术520

4.基因组规模的代谢模型的应用523

参考文献528

第二十五章 供求分析：研究代谢调控设计的基本模式&Jan-Hendrik S.Hofmeyr and Johann M.Rohwer533

1.简介534

2.代谢的功能性构成535

3.供求系统的定量分析535

4.通用性供求分析542

5.供求分析的实验应用549

致谢552

参考文献552

第二十六章 模块化动力学分析&Klaas Krab555

1.简介555

2.方法560

3.应用566

致谢568

参考文献568

第二十七章 通过层级调控分析来定量分析代谢流调控&Karen van Eunen， Sergio Rossell，Jildau Bouwman，Hans V.Westerhoff， and Barbara M.Bakker571

1.简介572

2.调控分析的理论576

3.调控分析的实验工具582

4.代谢流调控的策略584

5.结语591

参考文献591

第二十八章 随机胞内过程的起源、胞间差异的影响以及细胞存活的策略&A.Schwabe， M.Dobrzyn ski， K.Rybakova， P.Verschure， and F.J.Bruggem597

1.细胞间的不均一性及相应的测量技术598

2.理论见解和实验证据600

3.细胞噪音的好处和坏处615

4.结论620

致谢621

参考文献621

第九部分 系统生物学实验数据、模型以及研究本身的管理629

第二十九章 SEEK：一个用于系统生物学实验数据和模型共享的平台&Katy Wolstencroft， Stuart Owen， Franco du Preez，Olga Krebs，Wolfgang Mueller， Carole Goble， and Jacob L.Snoep629

1.简介630

2.SEEK平台632

3.数据管理的挑战636

4.JERM架构641

5.SEEK的功能：对数据进行标注和关联645

6.共享数据的动力650

7.使用SEEK的经验652

致谢654

参考文献654

第三十章 穿越边界：在一个学科精细划分的世界里传播跨学科科学&Elizabeth A.Elliot and Neil W.Hayes657

1.简介658

2.系统生物研究管理的组织形式和管理策略659

3.来自现实世界的例子662

4.结论670

致谢671

参考文献671

作者索引673

主题索引701