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第1章 蛋白质的三维结构1

1.1 蛋白质结构的概述1

1.1.1 弱相互作用力是稳定蛋白质构象的主要作用力2

1.1.2 肽键是刚性的平面3

1.2 蛋白质的二级结构4

1.2.1 α-螺旋是一种常见的蛋白质二级结构4

1.2.2 氨基酸序列影响α螺旋的稳定性5

1.2.3 β构象使多肽链折叠成片层结构6

1.2.4 β转角在蛋白质中普遍存在7

1.2.5 常见二级结构都有典型的键角和氨基酸成分7

1.3 蛋白质的三级和四级结构8

1.3.1 纤维蛋白适合于结构性功能9

1.3.2 球蛋白结构的多样性反映了其功能的多样性12

1.3.3 肌红蛋白为球蛋白结构的复杂性提供了早期线索12

1.3.4 球蛋白呈现出多种多样的三级结构13

1.3.5 多种球蛋白的分析揭示出了其共同的结构模式14

1.3.6 蛋白质模体是蛋白质结构分类的基础15

1.3.7 蛋白质的四级结构有简单的二聚体，也有大的复合体16

1.3.8 蛋白质的大小有限制17

1.4 蛋白质的变性和折叠18

1.4.1 蛋白质结构的丧失导致其功能的丧失18

1.4.2 氨基酸序列决定蛋白质的三级结构18

1.4.3 多肽链的迅速折叠是一个渐进的过程19

1.4.4 某些蛋白质的折叠需要协助20

本章小结21

练习题22

第2章 蛋白质的功能25

2.1 与配体可逆结合的蛋白质——氧合蛋白26

2.1.1 氧可与血红素辅基结合26

2.1.2 肌红蛋白只有单个氧结合位点27

2.1.3 血液由血红蛋白运输氧27

2.1.4 血红蛋白各亚基在结构上与肌红蛋白相似28

2.1.5 血红蛋白与氧结合后发生结构变化28

2.1.6 血红蛋白与氧协同结合29

2.1.7 两种表明协同结合机制的模型30

2.1.8 血红蛋白也可以运输H＋和CO230

2.1.9 血红蛋白与氧的结合受到2,3-二磷酸甘油酸的调控32

2.1.10 镰刀形细胞贫血症是血红蛋白的一种分子病33

2.2 蛋白质与配体间的互补作用：免疫系统和免疫球蛋白34

2.2.1 免疫应答有一系列特化的细胞和蛋白质34

2.2.2 “自己”和“非己”是通过细胞表面的肽展示区分的35

2.2.3 细胞表面的分子互作引发免疫应答37

2.2.4 抗体有两个相同的抗原结合位点38

2.2.5 抗体与抗原的结合紧密而特异40

2.2.6 抗体与抗原的相互作用是许多重要分析程序的基础40

2.3 由化学能调节的蛋白质互作——肌球蛋白和分子马达41

2.3.1 肌肉的主要蛋白质是肌球蛋白和肌动蛋白42

2.3.2 额外的蛋白把细丝和粗丝组织成有序的结构43

2.3.3 肌球蛋白粗丝沿着肌动蛋白细丝滑动45

本章小结46

练习题47

第3章 蛋白质寻靶50

3.1 附着在内质网上的核糖体形成分泌蛋白和膜蛋白50

3.1.1 信号序列是蛋白质内质网膜转运的标记51

3.1.2 胞浆蛋白通过在其氨基末端加信号序列可重新引导到内质网52

3.1.3 信号识别颗粒（SRP）检测信号序列并使核糖体附着在ER膜上52

3.1.4 GTP-GDP循环使信号序列从SRP上释放，SRP与其受体分离53

3.1.5 信号肽打开蛋白质转运通道54

3.1.6 转运是通过信号序列和终止-转移序列引导的54

3.1.7 ATP驱动的热休克蛋白作为分子伴侣结合新生蛋白并帮助其折叠55

3.2 糖蛋白从内质网上的多萜醇（Dolichol）供体上获得核心糖结构56

3.2.1 葡萄糖的缺乏是糖蛋白已完全折叠正准备转运到高尔基体的信号57

3.2.2 转运囊泡携带蛋白质从内质网到高尔基体进一步发生糖基化和分选57

3.2.3 转运囊泡出芽和融合的过程中保留了膜的不对称性59

3.2.4 小的GTP结合蛋白、有被蛋白（Coat protein）、SNAPs、SNAREs在囊泡转运中起重要作用59

3.2.5 C-末端有KDEL序列的蛋白质重新回到内质网60

3.2.6 6-磷酸甘露糖将溶酶体酶寻靶到其目的地61

3.3 细菌也用信号序列进行蛋白质寻靶62

3.4 大多数线粒体蛋白在胞浆中合成并转运到该细胞器63

3.5 叶绿体也通过前导序列输入并分选其大多数蛋白质64

3.6 胞浆蛋白通过羧基末端的SKF序列寻靶到过氧化物酶体65

3.7 核定位信号（NLS）能使蛋白质迅速通过核孔进入细胞核65

3.8 许多膜结合蛋白合有共价结合的脂酰基或异戊二烯基单位66

3.9 糖基化磷脂酰肌醇单位作为许多细胞表面蛋白的膜锚67

3.10 特异蛋白通过受体介导的内吞作用进入细胞68

3.10.1 网格蛋白通过在有被小窝周围形成多面网格而参与内吞作用69

3.10.2 内吞蛋白和受体在酸性内体中分选70

3.10.3 许多膜包被的病毒通过受体介导的内吞作用进入细胞71

3.10.4 白喉毒素和霍乱毒素通过与细胞表面的受体结合而进入靶细胞72

3.11 泛素是蛋白质降解的标签73

本章小结74

练习题75

第4章 蛋白质研究技术77

4.1 蛋白质的分离纯化77

4.1.1 蛋白质可通过凝胶电泳来分离和显示77

4.1.2 蛋白质可根据其形状、溶解度、电荷以及亲和性来纯化79

4.1.3 超速离心法可用于分离生物分子并确定其分子量80

4.1.4 蛋白质的分子量可以用电子喷雾质谱法来精确测定81

4.2 蛋白质的测序82

4.2.1 氨基酸序列可以用自动Edman降解法确定82

4.2.2 蛋白质可以被特异地切成小肽段以便于分析85

4.2.3 重组DNA技术变革了蛋白质测序86

4.2.4 氨基酸序列揭示了许多信息87

4.3 蛋白质可以用高度特异性的抗体来定量和定位88

4.3.1 固相免疫测定88

4.3.2 Western印迹89

4.3.3 蛋白质的细胞内定位89

4.4 蛋白质空间结构测定90

4.4.1 圆二色性是蛋白质主链构象的灵敏指示器90

4.4.2 X-射线晶体学从原子细节揭示了三维结构90

4.4.3 核磁共振谱可以揭示溶液中蛋白质的结构92

4.5 多肽可以用自动固相法合成94

本章小结96

练习题97

第5章 基因与染色体98

5.1 染色体的组成元件98

5.1.1 基因是编码多肽链和RNAs的DNA节段98

5.1.2 真核生物的染色体非常复杂99

5.1.3 许多真核生物的基因含插入性的非转录序列（内含子）101

5.2 DNA分子的大小和序列结构101

5.2.1 病毒的DNA分子相对较小101

5.2.2 真核细胞比原核细胞含有更多的DNA101

5.2.3 真核细胞的细胞器中也含有DNA102

5.3 DNA的超螺旋102

5.3.1 大多数细胞DNA都是欠旋的103

5.3.2 DNA欠旋由拓扑连环数定义105

5.3.3 拓扑异构酶催化DNA连环数的变化107

5.3.4 DNA装配需要特殊形态的超螺旋108

5.4 染色质和类核的结构109

5.4.1 组蛋白是一种小的碱性蛋白109

5.4.2 核小体是染色质的基本组织单位110

5.4.3 核小体连续装配成一系列高有序性结构111

5.4.4 细菌DNA也是高度组织化的112

本章小结113

练习题113

第6章 基因研究技术115

6.1 限制酶类115

6.1.1 限制酶类将DNA切割为特异片段115

6.1.2 限制性片段能通过凝胶电泳分离和显色116

6.2 DNA测序117

6.2.1 DNA可以通过特异的化学切割来测序（Maxam-Gilbert法）117

6.2.2 DNA常用控制性复制终止法来测序（Sanger双脱氧法）119

6.2.3 DNA探针和基因可通过自动固相法合成119

6.2.4 DNA可通过与寡核苷酸阵列（DNA芯片）杂交来测序120

6.3 DNA克隆121

6.3.1 限制酶和DNA连接酶是构建重组DNA分子的重要工具121

6.3.2 质粒和λ噬菌体是在细菌中进行DNA克隆的首选载体122

6.3.3 特异基因可通过基因组DNA的消化而克隆124

6.3.4 长段DNA可通过染色体步移来有效分析125

6.3.5 特定DNA序列可通过PCR大量扩增126

6.3.6 PCR是医学诊断、法医学和分子进化研究的强大技术128

6.4 克隆了的基因的表达129

6.4.1 从mRNA制得的cDNA可在宿主细胞中表达129

6.4.2 插入真核细胞中的新基因可以有效表达130

6.4.3 转基因动物能携带及表达导入其生殖细胞的外源基因131

6.4.4 肿瘤诱导（Ti）质粒可用于将新基因导入植物细胞131

6.5 基因工程132

6.5.1 新奇蛋白可通过定点突变而工程化132

6.5.2 重组DNA技术打开了新的前景134

本章小结135

练习题136

第7章 生物膜与跨膜转运137

7.1 膜的分子组成137

7.2 膜的超分子构造139

7.2.1 脂质双分子层是膜的基本结构要素139

7.2.2 膜脂总是处在运动中141

7.2.3 膜蛋白在双分子层中的侧向扩散142

7.2.4 有些膜蛋白质跨越脂质双分子层143

7.2.5 外周膜蛋白容易被溶解144

7.2.6 共价键结合的脂质锚定某些外周膜蛋白145

7.2.7 膜整体蛋白通过与脂质的疏水相互作用来维系145

7.2.8 整体膜蛋白的拓扑结构有时能根据其序列预测146

7.2.9 整体蛋白介导细胞与细胞的互作与连接147

7.2.10 膜融合对许多生物过程都很重要148

7.3 溶质的跨膜运输151

7.3.1 被动运输被膜蛋白质促进151

7.3.2 水孔蛋白形成跨膜亲水通道让水通过152

7.3.3 红细胞的葡萄糖转运体介导被动转运153

7.3.4 氯离子和碳酸氢根离子共转运通过红细胞膜155

7.3.5 主动转运导致溶质逆浓度或电化学梯度移动155

7.3.6 至少有四大类转运ATPases156

7.3.7 一种P-类ATPase催化Na＋和K＋的主动共转运159

7.3.8 ATP驱动的钙泵维持细胞浆中低浓度的钙160

7.3.9 离子梯度为二次主动运输提供能量160

7.3.10 离子选择通道允许离子迅速跨膜移动162

7.3.11 K＋通道的结构表明了其离子特异性的基础162

7.3.12 乙酰胆碱受体是一种配体门控离子通道163

7.3.13 神经元Na＋通道是一个电压门控离子通道165

7.3.14 离子通道的功能可用电学测量165

7.3.15 离子通道缺陷可能有显著的生理后果166

7.3.16 孔蛋白是小分子跨膜运输的通道166

本章小结167

练习题168

第8章 生物信号转导171

8.1 信号转导的分子机制171

8.2 门控离子通道173

8.2.1 离子通道是可兴奋细胞电信号传递的基础173

8.2.2 烟碱型乙酰胆碱受体是一配体门控离子通道175

8.2.3 电压门控离子通道使神经元产生动作电位176

8.2.4 神经元有对多种神经递质作出响应的受体通道177

8.3 受体酶177

8.3.1 胰岛素受体是一个酪氨酸特异的蛋白激酶178

8.3.2 鸟苷酸环化酶是一个能够产生第二信使cGMP的受体酶180

8.4 G蛋白-偶联受体和第二信使181

8.4.1 β-肾上腺能受体系统通过第二信使cAMP起作用181

8.4.2 β-肾上腺能受体是通过磷酸化作用去敏的184

8.4.3 cAMP是许多调节分子的第二信使185

8.4.4 来自磷脂酰肌醇的两种第二信使186

8.4.5 钙是许多信号转导过程的第二信使187

8.5 视觉、嗅觉和味觉的感觉信号转导188

8.5.1 光使脊椎动物眼中的杆细胞和锥细胞超极化188

8.5.2 光引发受体视紫红质的构象变化188

8.5.3 激活的视紫红质通过G蛋白转导素的作用降低cGMP浓度189

8.5.4 在杆细胞和锥细胞中发生了信号的放大190

8.5.5 视觉信号很快终止190

8.5.6 视紫红质通过磷酸化作用去敏190

8.5.7 特化的锥细胞用于色觉191

8.5.8 脊椎动物的嗅觉和味觉采用的转导机制与视觉系统相似191

8.5.9 G蛋白偶联的蜿蜒受体系统有几个共同特征193

8.5.10 G蛋白信号传导的中断引起疾病194

8.6. 磷酸化作为调节机制195

8.7 固醇类激素对转录的调节195

8.8 蛋白激酶对细胞周期的调控196

8.8.1 细胞周期有四个阶段197

8.8.2 细胞周期蛋白-依赖性的蛋白激酶水平有波动197

8.8.3 CDKs通过使关键蛋白磷酸化来调节细胞分裂200

8.9 致癌基因、肿瘤抑制基因与细胞程序化死亡201

8.9.1 致癌基因是调节细胞周期蛋白基因的突变形式201

8.9.2 肿瘤抑制基因的缺陷解除细胞分裂的正常限制202

8.9.3 细胞凋亡是细胞程序化的自杀203

本章小结204

练习题206

第9章 基因表达的调控207

9.1 基因调控的原则208

9.1.1 RNA聚合酶与DNA上的启动子结合208

9.1.2 转录起始是由与启动子或近启动子区结合的蛋白调节的209

9.1.3 大多数原核基因以操纵子单位调节210

9.1.4 lac操纵子可受到负调节211

9.1.5 调节蛋白有易见的DNA结合结构域212

9.1.6 调节蛋白也有蛋白-蛋白互作结构域214

9.2 原核生物基因的表达调控216

9.2.1 lac操纵子可受到正调节216

9.2.2 ara操纵子通过单个调节蛋白进行正负调控217

9.2.3 氨基酸生物合成的许多基因经转录弱化调节219

9.2.4 SOS应答的诱导需要破坏阻遏蛋白221

9.2.5 核糖体蛋白的合成与rRNA的合成相协调222

9.2.6 有些基因受遗传重组调节223

9.3 真核基因表达的调控224

9.3.1 转录活性染色质与不具转录活性染色质的结构明显不同225

9.3.2 修饰增加了DNA的可接近性225

9.3.3 染色质通过乙酰化和核小体置换而重塑225

9.3.4 许多真核启动子都是正调控的226

9.3.5 DNA结合反式激活因子和辅激活物促进通用转录因子的装配226

9.3.6 转录激活需要三类蛋白的参与227

9.3.7 酵母半乳糖代谢所需基因既可正调控，也可负调控228

9.3.8 结合DNA的反式激活物有一个模块结构228

9.3.9 真核基因表达能被细胞内外信号调节229

9.3.10 细胞核转录因子可通过磷酸化调控230

9.3.11 许多真核mRNA要受到翻译阻遏230

9.3.12 发育受调节蛋白的级联调控231

本章小结234

练习题235

第10章 代谢调节策略238

10.1 天冬氨酸转氨甲酰酶被嘧啶合成终产物反馈抑制239

10.1.1 天冬氨酸转氨甲酰酶由分离的催化和调节亚基组成239

10.1.2 X射线分析已经阐明了ATCase和其与一个双底物类似物的复合物的结构240

10.1.3 ATCase的变构互作是其四级结构的巨大变化所介导的241

10.1.4 底物与ATCase结合导致高度协同的变构转换241

10.1.5 ATP和CTP通过改变T与R的平衡来调节ATCase活性242

10.2 磷酸化是开闭靶蛋白活性的一种高度有效的方式243

10.3 环腺苷酸（cAMP）通过释放出其催化亚基来激活蛋白激酶A（PKA）244

10.4 许多酶通过特异蛋白水解酶切割而激活245

10.4.1 胰凝乳蛋白酶原通过特异切除单个肽键而被激活246

10.4.2 胰凝乳蛋白酶原的蛋白水解激活导致底物结合位点的形成246

10.4.3 在胰蛋白酶原激活过程中，一个高度可移动区变成了有序结构247

10.4.4 酸性条件下胃蛋白酶原自身切割形成高活性的胃蛋白酶248

10.4.5 胰腺胰蛋白酶抑制剂与胰蛋白酶活性位点紧密结合248

10.4.6 α1-抗胰蛋白酶活性的不足导致肺损伤和肺气肿249

10.5 酶原激活级联导致血液凝固249

10.5.1 血纤蛋白原（Fibrinogen）被凝血酶（Thrombin）转化成纤维蛋白凝块250

10.5.2 凝血酶与胰蛋白酶同源250

10.5.3 维生素K对凝血酶原和其他钙结合蛋白的合成是必需的251

10.5.4 血友病揭示出了血液凝固的一个初期步骤252

10.5.5 重组DNA技术生产的抗血友病因子有冶疗效果252

10.5.6 血液凝固中的凝血酶和其他丝氨酸蛋白酶受到抗凝血酶Ⅲ的不可逆抑制252

10.5.7 纤溶酶（Plasmin）溶解血纤蛋白凝块253

本章小结254

练习题255

主要参考文献257