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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CO2 30

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DNA 101

5.2.3 真核细胞的细胞器中也含有DNA 102

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ATPases 156

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