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第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 蛋白质在生命过程中的作用 2

1.3 蛋白质结构的一般概念 3

1.4 蛋白质的基本组成单位 5

1.5 多肽链 7

1.6 多肽链的构象 7

1.7 蛋白质的结构生物学 8

2.1.1 蛋白质的最基本组成 11

2.1 蛋白质的基本结构单位 11

第2章 蛋白质的结构层次 11

2.1.2 蛋白质肽链的特征 13

2.1.3 蛋白质肽链立体结构的最基本的结构特征 15

2.2 维持和稳定蛋白质高级结构的因素 16

2.2.1 静电作用 16

2.2.2 氢键 16

2.2.3 范德华力 17

2.2.4 残基的亲水性和疏水性 17

2.2.6 二硫键 19

2.2.5 配位键 19

2.2.7 其他因素 20

2.3 蛋白质的结构层次 20

2.3.1 蛋白质的一级结构 20

2.3.2 蛋白质的立体结构 20

2.3.3 蛋白质体系 21

2.3.4 蛋白质结构层次的形成和肽链的折叠 22

2.3.5 蛋白质四级结构的形成和体系的装配 24

2.4 小结 24

参考文献 26

第3章 蛋白质的一级结构和二级结构 27

3.1 蛋白质的一级结构 27

3.1.1 蛋白质肽链一级结构的形成 27

3.1.2 肽链一级结构的测定 28

3.1.3 复合蛋白中非肽链的其他组分的检测和定位 29

3.1.4 从蛋白质的一级结构能得到的信息 29

3.1.5 蛋白质一级结构同源性比较 30

3.2.2 各种类型的蛋白质二级结构 32

3.2.1 蛋白质二级结构的定义和形成 32

3.2 蛋白质的二级结构 32

3.2.3 二级结构的可变性 39

参考文献 41

第4章 蛋白质的超二级结构Motif 43

4.1 连接多肽 43

4.2 蛋白质中的超二级结构 43

4.3 频繁发生的蛋白质超二级结构Motif类型 44

4.4 超二级结构的结构特征描述 47

4.4.1 序列模式 47

4.4.2 疏水性分析 48

4.4.3 超二级结构氢键模式分析 51

4.5 简单的超二级结构Motif折叠组合成复杂超二级结构Motif 56

参考文献 59

第5章 复杂超二级结构Motif与折叠子类(Folds) 61

5.1 复杂超二级结构Motif折叠组合高级结构 61

5.2 折叠子类 65

5.2.1 折叠子与蛋白质结构层次 65

5.2.2 折叠子结构特征 67

5.3.1 全α蛋白质结构类型与折叠子类 69

5.3 折叠子与结构类型 69

5.3.2 全β结构类型与折叠子类 70

5.3.3 α/β结构类型与折叠子类 71

5.3.4 α+β结构类型与折叠子类 72

5.3.5 其他结构类型与折叠子类 73

参考文献 75

第6章 蛋白质的三级结构与结构域 76

6.1 蛋白质的三级结构 76

6.1.1 三级结构的形成 76

6.1.2 球状蛋白三级结构的主要特征 77

6.1.3 纤维状蛋白的三级结构 79

6.1.4 膜蛋白的三级结构 80

6.2 结构域 80

6.2.1 结构域的由来和定义 80

6.2.2 结构域的划分和制备 83

6.2.3 结构域的生物学意义 83

6.3 球状蛋白质和结构域的解剖学 84

6.3.1 全α型蛋白 84

6.3.2 全β型蛋白质 85

6.3.4 α，β相间型(简称α/β)蛋白质 86

6.3.3 α，β分离型(简称α+β)蛋白质 86

6.3.5 “无规”卷曲型蛋白质 88

6.3.6 其他类型蛋白质 89

6.3.7 结构域的组合 91

6.4 蛋白质(结构域)立体结构的比较 93

参考文献 93

7.1 蛋白质的四级结构 95

7.1.1 蛋白质四级结构的基本概念 95

第7章 蛋白质的四级结构和蛋白质体系 95

7.1.2 研究四级结构的方法 96

7.1.3 蛋白质四级结构的分类和类型 96

7.1.4 蛋白质四级结构的拓扑 99

7.1.5 四级结构的形成--亚基的装配 100

7.1.6 蛋白质四级结构和三级结构的比较 103

7.2 蛋白质体系 105

7.2.1 “联合”式的蛋白质体系 105

7.2.2 串联式的蛋白质体系 106

7.2.3 级联式的蛋白质体系 107

参考文献 109

第8章 蛋白质晶体结构分析 111

8.1 晶体结构分析简介 111

8.1.1 晶体的对称性和空间群 111

8.1.2 劳埃方程和布拉格方程 112

8.1.3 位相问题 113

8.1.4 Patterson法 114

8.2 蛋白质晶体学简介 114

8.3 蛋白质晶体生长 115

8.3.1 影响蛋白质晶体生长的因素 116

8.3.2 晶体生长方法 117

8.4 数据收集和处理 117

8.5 同晶置换法 119

8.5.1 重原子衍生物的制备 119

8.5.2 重原子位置的测定 120

8.5.3 同晶置换法的基本原理 122

8.6 分子置换法 125

8.6.1 旋转函数 125

8.6.2 平移函数 126

8.8 电子密度图的计算和解释 127

8.7 同晶差值傅里叶法 127

8.8.1 分子的绝对构型 128

8.8.2 电子密度图的解释 128

8.9 结构精修 129

参考文献 130

第9章 多维核磁共振技术 131

9.1 多维核磁共振方法确定蛋白质溶液三维结构的基本原理 131

9.1.1 蛋白质的结构信息 131

9.1.2 核磁共振的波谱信息 133

9.2.1 多维核磁共振方法的基本原理 135

9.1.3 波谱信息与结构信息之间的对应 135

9.2 提取蛋白质结构信息的多维核磁共振方法 135

9.2.2 几种重要的多维核磁共振脉冲序列 141

9.2.3 多维核磁共振波谱解析要点 147

9.3 蛋白质溶液三维结构的计算 152

9.3.1 建立核磁共振波谱数据的约束文件 153

9.3.2 获得蛋白质三维结构的不同构象集合 153

9.3.3 蛋白质三维结构的精确性和正确性 154

参考文献 154

10.1 紫外-可见差光谱 155

第10章 蛋白质溶液构象的光谱技术 155

10.1.1 溶剂微扰差光谱 156

10.1.2 pH差光谱及滴定 157

10.1.3 温度微扰差光谱 158

10.1.4 浓度微扰差光谱 159

10.1.5 其他差光谱 159

10.1.6 对仪器和样品的要求 160

10.2 荧光探针法 160

10.2.1 蛋白质的内源荧光 162

10.2.2 蛋白质的外源荧光 162

10.3.1 平面偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光 168

10.3 圆二色谱 168

10.3.2 圆二色性及其定量关系 169

10.3.3 圆二色谱 169

10.3.4 圆二色仪 169

10.3.5 应用 170

10.4 激光拉曼光谱 171

10.4.1 基本原理和基础理论 172

10.4.2 应用 174

10.5 红外光谱在研究蛋白质二级结构中的应用 177

参考文献 181

第11章 蛋白质的二维结晶及结构重建 184

11.1 蛋白质晶体的类型 184

11.4.5 冰冻含水方法 185

11.1.1 二维晶体 185

11.1.2 二维晶垛 186

11.1.3 三维晶体 186

11.2 蛋白质的二维结晶化 187

11.2.1 天然膜中蛋白的二维结晶化 187

11.2.2 去污剂-蛋白微团的二维结晶化 188

11.2.3 脂单层表面的二维结晶化 188

11.3.1 二维晶体形成的机制 190

11.3.2 蛋白质的性质 190

11.3 膜蛋白二维晶体形成的机制与条件 190

11.3.3 脂与蛋白的比例 191

11.3.4 去污剂 191

11.3.5 温度 191

11.3.6 影响二维晶体形成的因素之五：离子强度和pH 192

11.4 电镜观察与三维结构重建 192

11.4.1 电镜载网 192

11.4.2 负染 193

11.4.4 单宁酸包埋 194

11.4.3 葡萄糖包埋 194

11.4.6 低剂量电镜术 195

11.4.7 三维结构重建的梗概 196

参考文献 198

第12章 蛋白质结构的计算机图象分析与分子模拟技术 200

12.1 计算机图形学 200

12.2.2 彩色阴极射线管 201

12.2.1 阴极射线管 201

12.2 图形显示设备 201

12.2.3 随机扫描的图形显示器 202

12.2.4 存储器式的图形显示器 202

12.3 图形系统和工作站 202

12.3.1 计算机图形系统的功能 202

12.3.2 计算机工作站图形系统 203

12.3.3 图形处理器 204

12.3.4 几种精简指令集工作站 205

12.3.6 窗口系统 206

12.3.5 如何选择工作站 206

12.4 生物大分子的分子模拟与计算机图形技术 208

12.4.1 借助计算机图形技术的分子模拟的内容 208

12.4.2 商品化分子模拟软件介绍 209

参考文献 210

第13章 蛋白质结构预测 211

13.1 蛋白质结构预测概述 211

13.1.2 反向折叠法 212

13.1.3 从头预测法 212

13.1.1 比较建模法 212

13.2 正误构象的判断 214

13.2.1 分子力场 214

13.2.2 平均势函数 214

13.2.3 评估函数 214

13.3 现阶段几种主要的简单评估函数方法 214

13.3.1 K.A.Dill方法 215

13.3.2 Sorin lsreal方法 215

13.3.3 George Rose方法 215

13.4 基于知识的蛋白质结构预测 215

13.4.1 蛋白质的同源模型构建 216

13.4.2 蛋白质的逆折叠模建 218

13.5 蛋白质的二级结构预测 220

13.5.1 蛋白质的二级结构的判定 220

13.5.2 Chou-Fasman方法 221

13.5.3 GOR(Garnier-Osguthorpe-Robson)二级结构预测方法 229

13.5.4 Lim方法 230

13.5.5 其他二级结构预测方法 230

13.6 利用计算机互联网进行蛋白质结构预测 230

13.6.1 欧洲分子生物学实验室蛋白质结构预测服务器 231

参考文献 233

第14章 蛋白质结构研究中的几种数理方法 236

14.1 遗传算法 236

14.1.1 遗传算法的起源与发展 236

14.1.2 遗传算法的基本原理 237

14.1.3 遗传算法在蛋白质结构研究中的应用 239

14.2 人工神经网络方法 240

14.2.1 神经元 240

14.2.2 神经网络模型 241

14.3 统计物理学方法 243

14.4.1 确定型算法：局部搜索 244

14.4 一些数理方法算法的进一步讨论 244

14.4.2 统计抽样方法：蒙特卡洛方法 245

14.4.3 模拟退火算法 246

参考文献 248

第15章 蛋白质分子动力学 250

15.1 分子动力学模拟方法 250

15.2 经验力场和位能函数 253

15.3 能量优化 254

15.4 自由能计算 256

15.6 环境效应 258

15.5 模拟退火技术 258

15.7 简振模分析 259

参考文献 261

第16章 蛋白质工程与药物分子设计 263

16.1 什么是蛋白质工程 263

16.2 蛋白质工程领域的开创性工作 265

16.3 蛋白质的改性及分子设计--当前蛋白质工程研究的热点之一 266

16.4 基于生物大分子结构的药物设计--当前蛋白质工程研究的热点之二 268

16.5 蛋白质结构预测与药物分子设计 270

16.6 尚待解决的问题和充满希望的前景 271

参考文献 272

第17章 蛋白质的分子进化 274

17.1 分子进化钟与中性理论 276

17.1.1 分子进化钟 276

17.1.2 中性理论 279

17.2 功能相关的分子进化与非中性分子进化 282

17.2.1 分子进化规律的理论综合 282

17.2.2 分子进化规律的验证 285

17.2.3 一种新的分子进化学说 286

17.2.4 发育相关进化规律与基因起源学说 287

参考文献 288

第18章 酶分子的结构与功能 290

18.1 酶分子的结构特点 290

18.1.1 酶的一级结构和三维结构 290

18.1.2 酶分子的活性部位 291

18.2 酶催化作用特点 294

18.2.1 与非生物催化剂相比具有更高的效率 295

18.2.2 高度的专一性 295

18.2.4 酶的辅助因子 296

18.2.3 酶的活性是受调节控制的 296

18.3 酶的分类和命名法 297

18.2.5 酶和底物作用生成酶-底物复合物 297

18.4 酶的抑制作用 298

18.5 调节酶 301

18.5.1 别构调节酶 301

18.5.2 共价调节酶 301

18.6 羧肽酶A的催化功能和分子结构 303

18.7 多酶复合物 304

18.7.3 多酶复合物的典型例子--脂肪酸合成酶 305

18.7.1 多酶复合物的生理特性 305

18.7.2 多酶复合物传递中间产物的机制 305

参考文献 309

第19章 蛋白质的分子运动 311

19.1 蛋白质的结构生物学 311

19.2 蛋白质分子的运动 312

19.3 展望 319

参考文献 320

20.1 细胞色素c 321

第20章 电子传递蛋白的结构与功能 321

20.1.1 c型细胞色素 322

20.1.2 植物细胞色素c 323

20.1.3 细菌细胞色素c 323

20.1.4 b型细胞色素 323

20.1.5 4-a螺旋细胞色素 324

20.1.6 多血红素细胞色素 325

20.2 铁硫蛋白 326

20.2.1 红氧还蛋白 326

20.1.7 细胞色素电子传递的模型 326

20.2.2 二铁的铁氧还蛋白 327

20.2.3 高电位铁蛋白 327

20.2.4 铁氧还蛋白 328

20.3 蓝色铜蛋白 329

20.3.1 蓝蛋白 330

20.3.2 质体蓝素 330

20.4 黄素氧还蛋白 332

参考文献 333

附录 用傅里叶变换方法进行三维重构的一般原理 334