蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能入門

前言

　　蛋白質(zhì)的研究自18世紀(jì)以來，涌現(xiàn)出了許多輝煌的成果。蛋白質(zhì)“protein”一詞，源于希臘文“proteios”，這個(gè)單詞是“頭等重要”的意思，顯然人們很早就意識(shí)到蛋白質(zhì)對(duì)于生命的重要性了。隨著研究的深入，大量的事實(shí)已經(jīng)證明蛋白質(zhì)是細(xì)胞功能的執(zhí)行者，它對(duì)于維持生物的正常生存必不可少。目前，大規(guī)?；蚪M測序的熱潮逐漸沉寂下來，隨后的主要任務(wù)就是解析這些海量的順序信息中編碼蛋白質(zhì)的基因的功能，從基因組時(shí)代跨入蛋白質(zhì)組時(shí)代，解析每一個(gè)蛋白質(zhì)甚至是蛋白質(zhì)復(fù)合體的結(jié)構(gòu)和功能，是生物學(xué)發(fā)展的必然趨勢?！　≡诨蚪M測序所得到的大量信息激勵(lì)之下，越來越多的科研工作者逐步轉(zhuǎn)向蛋白質(zhì)研究，分別從個(gè)別蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)組學(xué)等不同水平上開展蛋白質(zhì)的功能研究工作。蛋白質(zhì)與生物遺傳性狀的關(guān)系、蛋白質(zhì)與重大疾病的關(guān)系以及蛋白質(zhì)藥物的開發(fā)已成為生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和藥學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是，完全闡明蛋白質(zhì)行使功能的機(jī)制通常需要它的結(jié)構(gòu)信息，這些結(jié)構(gòu)信息不僅僅為其單獨(dú)行使功能提供依據(jù)，也為蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用提供了結(jié)構(gòu)學(xué)上的證據(jù)。

內(nèi)容概要

本書是Gregory A.Petsko和Dagmar Ringe編寫的Proteins Structure and Function的中文翻譯版。全書由五章組成，第一章主要介紹蛋白質(zhì)各個(gè)結(jié)構(gòu)層次上的基本知識(shí)，按照一級(jí)結(jié)構(gòu)到四級(jí)結(jié)構(gòu)的順序講述；第二章講述蛋白質(zhì)行使功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，包括配體結(jié)合位點(diǎn)、活性位點(diǎn)行使功能的結(jié)構(gòu)與功能機(jī)制；第三章則具體介紹了各種調(diào)控蛋白質(zhì)功能的機(jī)制，包括蛋白質(zhì)磷酸化、糖基化、甲基化、乙?；?、脂質(zhì)化等各種修飾和蛋白質(zhì)降解等對(duì)蛋白質(zhì)功能的調(diào)控；第四章著重介紹如何利用各種生物信息學(xué)手段從序列推測功能，并舉例說明如何對(duì)一個(gè)未知功能的蛋白質(zhì)展開研究；第五章簡要介紹解析蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的技術(shù)，包括X射線晶體衍射法和核磁共振法。    本書為從事蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能研究和教學(xué)的教師以及研究人員提供參考，同時(shí)還可作為研究生和高年級(jí)本科生的學(xué)習(xí)用書。

書籍目錄

譯者序前言本書使用說明從序列到結(jié)果第一章  從序列到結(jié)構(gòu)  1-0  概述：蛋白質(zhì)的功能和構(gòu)造  1-1  氨基酸  1-2  基因和蛋白質(zhì)  1-3  肽鍵  1-4  穩(wěn)定折疊蛋白質(zhì)的鍵  1-5  二級(jí)結(jié)構(gòu)的重要性和決定因素  1-6  α螺旋的特征  1-7  β折疊的特征  1-8  二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測  1-9  折疊  1-10  三級(jí)結(jié)構(gòu)  1-11  膜蛋白的結(jié)構(gòu)  1-12  蛋白質(zhì)穩(wěn)定性：弱相互作用和柔韌性  1-13  蛋白質(zhì)穩(wěn)定性：翻譯后修飾  1-14  蛋白質(zhì)的域  1-15  蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)通則  1-16  蛋白質(zhì)基序  1-17  α域和8域  1-18  α/β、α＋β和交聯(lián)域  1-19  四級(jí)結(jié)構(gòu)：一般原則  1-20  四級(jí)結(jié)構(gòu)：分子間界面  1-2l  四級(jí)結(jié)構(gòu)：幾何學(xué)  1-22  蛋白質(zhì)的柔韌性第二章  從結(jié)構(gòu)到功能  2-0  概述：蛋白質(zhì)功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)  2-1  識(shí)別、互補(bǔ)和活性位點(diǎn)  2-2  柔韌性和蛋白質(zhì)功能  2-3  結(jié)合位點(diǎn)的位置  2-4  結(jié)合位點(diǎn)的性質(zhì)  2-5  結(jié)構(gòu)蛋白的功能特性  2-6  催化：概述  2-7  活性位點(diǎn)的幾何學(xué)  2-8  鄰近性和基態(tài)去穩(wěn)定  2-9  穩(wěn)定過渡態(tài)和排斥水  2-10  氧還反應(yīng)  2-11  加成/消除、水解和脫羧  2-12  活性位點(diǎn)的化學(xué)  2-13  輔助因子  2-14  多步反應(yīng)  2-15  多功能酶  2-16  具有通道的多功能酶第三章  蛋白質(zhì)功能的調(diào)控  3-0  概述：調(diào)節(jié)的機(jī)制  3-1  蛋白質(zhì)相互作用域  3-2  定位調(diào)節(jié)  3-3  pH和氧化還原環(huán)境對(duì)蛋白質(zhì)功能的調(diào)控  3-4  效應(yīng)物配體：競爭性結(jié)合與協(xié)同效應(yīng)  3-5  效應(yīng)物配體：構(gòu)象變化與別構(gòu)效應(yīng)  3-6  基于核苷酸水解反應(yīng)的蛋白質(zhì)開關(guān)  3-7  GTP酶開關(guān)：小信號(hào)G蛋白  3-8  GTP酶開關(guān)：異源三聚體G蛋白酶轉(zhuǎn)導(dǎo)的信號(hào)  3-9  GTP酶開關(guān)：蛋白質(zhì)合成  3-10  馬達(dá)蛋白開關(guān)  3-11  受降解作用的調(diào)節(jié)  3-12  蛋白質(zhì)功能的磷酸化調(diào)節(jié)  3-13  信號(hào)蛋白質(zhì)激酶的調(diào)節(jié)：激活機(jī)制  3-14  信號(hào)蛋白質(zhì)激酶的調(diào)節(jié)：Cdk的激活  3-15  細(xì)菌的雙組分信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)  3-16  蛋白酶水解的調(diào)控作用：蛋白質(zhì)前體的激活  3-17  蛋白質(zhì)剪接：通過內(nèi)蛋白子自身酶解  3-18  糖基化  3-19  脂質(zhì)修飾介導(dǎo)的蛋白質(zhì)靶向  3-20  甲基化、N-乙酰化、SUMO化和亞硝基化第四章  從順序到功能：結(jié)構(gòu)和功能基因組學(xué)中的案例分析  4-0  概述：在基因組學(xué)的時(shí)代背景下從順序到功能  4-1  序列對(duì)位排列和比較  4-2  蛋白質(zhì)特征集  4-3  從順序推測功能  4-4  研究蛋白質(zhì)功能的實(shí)驗(yàn)手段  4-5  趨異進(jìn)化和趨同進(jìn)化  4-6  從順序到結(jié)構(gòu)：同源模建  4-7  從順序到結(jié)構(gòu)：Profile-based threading方法和“Rosetta”  4-8  從結(jié)構(gòu)預(yù)測功能：蛋白質(zhì)超家族  4-9  確定結(jié)合位點(diǎn)的策略  4-10  確定催化殘基的策略  4-11  TIM桶：一種結(jié)構(gòu)，多種功能  4-12  PLP酶：多種功能，一種結(jié)構(gòu)  4-13  兼職：多功能蛋白質(zhì)  4-14  變色龍序列：一條序列，多種折疊方式  4-15  朊病毒、淀粉狀蛋白和絲氨酸蛋白酶抑制劑：亞穩(wěn)定的蛋白質(zhì)折疊  4-16  從未研究過的基因的功能：半乳糖酸脫水酶  4-17  從零開始：一個(gè)功能未知的基因產(chǎn)物第五章  結(jié)構(gòu)測定  5-1  結(jié)構(gòu)信息的解讀  5-2  利用X射線晶體分析法和NMR法進(jìn)行結(jié)構(gòu)測定  5-3  晶體和NMR結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及表述參考文獻(xiàn)定義索引

章節(jié)摘錄

　　第一章　從序列到結(jié)構(gòu)　　1-1　氨基酸　　氨基酸側(cè)鏈的化學(xué)性質(zhì)對(duì)于蛋白質(zhì)折疊和功能具有重要影響　　氨基酸側(cè)鏈（side chain）（圖1—3）在參與氨基酸間相互作用以及和水的相互作用時(shí)有不同的傾向性，這些不同特性對(duì)于蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性及功能都造成了復(fù)雜的影響?！　∈杷裕╤ydrophobic）氨基酸殘基（residue）僅僅參與范德華相互作用。它們傾向于聚在一起，避免和水分子接觸，構(gòu)成了疏水作用的基礎(chǔ)。丙氨酸和亮氨酸強(qiáng)烈傾向于形成螺旋，而脯氨酸則很少出現(xiàn)在螺旋中這是因?yàn)樗闹麈湹硬荒苄纬陕菪枰臍滏I。苯丙氨酸的芳香族側(cè)鏈有時(shí)可以參與弱的極性相互作用?！　∮H水性（1hydrophilic）氨基酸殘基可以在彼此之間，或者與肽鏈主鏈、極性有機(jī)分子和水分子之間形成氨鍵。這種形成氫鍵的趨勢主導(dǎo)了它們所參與的相互作用。有些氨基酸還可以根據(jù)pH條件和微環(huán)境改變電荷狀態(tài)。天冬氨酸和谷氨酸在水溶液中的pKa值接近5，所以在pH 7時(shí)通常去質(zhì)子化并帶負(fù)電荷，但在蛋白質(zhì)內(nèi)部疏水環(huán)境中，它們的pKa值可能變化到7甚至更高（負(fù)電荷在附近也會(huì)造成相同的效應(yīng)），這樣在生理pH條件下就可作為質(zhì)子供體起作用。賴氨酸也有類似的情況，在水中它的pKa值大于10，通常是帶正電荷的，但在非極性環(huán)境中，或者在鄰近正電荷的影響下，它的pKa值可能低于6，導(dǎo)致中性化并可能成為質(zhì)子受體。組氨酸可能是所有氨基酸中最具多功能性的分子了，這就是它常在酶的活性位點(diǎn)出現(xiàn)的原因。它具有兩個(gè)可被滴定的—N—H基團(tuán)，每個(gè)的pKa值都在6左右。

編輯推薦

　　本書是按照模塊化的原則編寫的，其目的在于使本書更適合教學(xué)及參考使用。全書由五章組成，具體內(nèi)容包括從序列到結(jié)構(gòu)、從結(jié)構(gòu)到功能、蛋白質(zhì)功能的調(diào)控、結(jié)構(gòu)測定等。書中的模塊化結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)體現(xiàn)于每兩頁紙為一小節(jié)，涵蓋一個(gè)完整的主題及與之相關(guān)的文字、插圖、概念等。這種模塊化的結(jié)構(gòu)和清晰的組織方式，不僅有利于教學(xué)使用，使學(xué)生更易復(fù)習(xí)，也有利于科研工作者更明確地找到所關(guān)注的最新內(nèi)容。

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