蛋白質物理學概論

《蛋白質物理學概論》是2007年化學工業出版社出版的圖書，作者是（俄）芬克爾斯泰因（Finkelstein，A.V.），（俄）普季岑（Ptitsyn，O.B.）。

基本介紹

• 書名：蛋白質物理學概論
• 作者：（俄）芬克爾斯泰因（Finkelstein，A.V.），（俄）普季岑（Ptitsyn，O.B.）
• 譯者：朱厚礎，聶世芳　等
• ISBN：10位[7122004988]13位[9787122004987]
• 定價：￥33.00元
• 出版社：化學工業出版社
• 出版時間：2007-5-1

內容簡介

本書以普季岑和芬克爾斯泰因教授的講稿為基礎，吸納生物物理學的最新成果，彙編成書，並經國內生物物理領域的資深學者精心翻譯為中文。

書中的25講，涵蓋了蛋白質結構、摺疊和功能的主要論題，論述了纖維狀蛋白質、膜蛋白質和球狀蛋白質的天然與變性狀態，體現了下列特色：

系統總結了數十年來全世界範圍內蛋白質物理學、蛋白質結構和摺疊原理研究方面取得的成果；略去了複雜的數學推導，通過輕鬆的語言，運用類比等敘述方式，將艱深的統計物理、熱力學等理論知識形象生動地展現給讀者；每講中會適時地插入“質疑”和“答疑”部分，啟發讀者進一步思索相關問題，從而加深對蛋白質結構、摺疊和功能機理的認識。

本書可以作為高年級本科生、研究生的教材和教學參考書，也可供其他研究者閱讀參考，針對的專業除了生物物理、分子生物學、細胞生物學、遺傳學等生命科學相關領域以外，還包括化學生物學、物理學等領域。

圖書目錄

第1章 緒論

第1講 蛋白質的主要功能。胺基酸序列決定三維結構，結構決定功能。反之不然。纖維狀蛋白質、膜蛋白質和球狀蛋白質。蛋白質的一、二、三和四級結構。蛋白質的生物合成，蛋白質的體內和體外摺疊。翻譯後修飾。

第2章 蛋白質內部及周圍的基本相互作用

第2講 天然L—胺基酸的立體結構。胺基酸間的共價鍵和共價角。共價鍵和共價角的振動。繞共價鍵的轉動。肽基。順式和反式脯氨酸。

第3講 范德瓦耳斯相互作用：遠距離相吸，近距離相斥。胺基酸殘基的允許構象(甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸和脯氨酸的Ramachandran圖)。

第4講 水環境的影響。氫鍵。氫鍵源於靜電相互作用。氫鍵的鍵能。冰中氫鍵的幾何位置。水中氫鍵的畸變。關於熵和自由能的說明。蛋白質鏈內氫鍵取代蛋白質鏈—水間氫鍵，結果使蛋白質中的氫鍵——在水環境中——成為熵驅動型氫鍵。

第5講 熱力學基礎。自由能與化學勢。疏水相互作用。疏水相互作用與必須飽和水中的氫鍵有關。胺基酸的水可及表面和疏水性。

第6講 水環境對靜電相互作用的影響。蛋白質球內部和表面附近的電場。電容率。鹽溶液中電荷的禁止。用蛋白質工程方法測量蛋白質中的電場。二硫鍵。配位鍵。

第3章 多肽鏈的二級結構

第7講 多肽的二級結構。螺旋：27、3l0、α、和poly(Pro) Ⅱ。平行與反平行p結構。β轉角。β凸起。二級結構的實驗測定方法。

第8講 統計力學基礎。溫度；溫度與熵隨能量的變化有關。不同能量狀態的機率(玻耳茲曼—吉布斯分布)。配分函式及其與自由能的關係。構象變化。一級相變(“全或無”轉變)與非相轉變。構象變化期間的自由能壘克服動力學。反應速率理論。並行和串列過程。擴散過程的典型時間。

第9講 螺旋的起始和延伸自由能。朗道定理與螺旋—捲曲轉變的非相特徵。螺旋—捲曲轉變合作區的大小。水中。螺旋的穩定性。水中p結構的穩定性。α螺旋和β結構的形成速率。“捲曲”是什麼?

第10講 胺基酸側鏈的性質。二級結構中的胺基酸。丙氨酸、甘氨酸、脯氨酸和纈氨酸。非極性、短極性和長極性側鏈。荷電側鏈。蛋白質二級結構的疏水表面。

第4章 蛋白質的結構

第11講 纖維狀蛋白質，它們的功能和規則的一、二級結構；α-角蛋白、β-絲心蛋白和膠原。長n螺旋和大p片層的堆積。基質形成蛋白；彈性蛋白。蛋白質結構的遺傳缺陷與疾病。

第12講 膜蛋白質；膜蛋白質的結構和功能特性。細菌視紫紅質、受體與G蛋白、膜孔蛋白和光合反應中心。膜孔的選擇通透性，光合反應中心的作用機理。隧道效應。電子—構象相互作用。

第13講 球狀蛋白質。蛋白質球的簡化描述；結構類型。B型蛋白質的結構：β片層，β片層的線列堆積和正交堆積。β型蛋白質中的β結構主要是反平行的。右手扭轉是β片層的典型特徵。β型蛋白質的拓撲結構。

第14講 α型蛋白質的結構。螺旋束和螺旋層。準球形。螺旋球模型。α螺旋的密堆積。α/β型蛋白質的結構：平行β片層為中心外側圍以。螺旋，α/β桶。β—α—β模體的拓撲結構。α+β型蛋白質的結構。蛋白質的總體構造與其功能之間缺乏直接聯繫。

第15講 蛋白質摺疊的分類。蛋白質摺疊缺乏可觀測的“巨觀進化”，但蛋白質的細節結構存在可觀測的“微觀進化”。基因重複與蛋白質特化。結構域重連引起的進化。蛋白質的“標準”摺疊。球狀蛋白質一級結構中胺基酸序列的典型的“準隨機”模式，明顯不同於纖維狀蛋白質序列的周期性重複和膜蛋白質序列中的親/疏水組件交替。蛋白質球構造的物理原理。蛋白質球中觀察到的主要特徵：。層和β層是分立的；環交叉、肽鏈上相鄰二級結構間的平行接觸和β-a-β超螺旋的左手性是罕見的。罕見結構的“能量性缺陷”和“熵性缺陷”，這些“缺陷”與能穩定這些“缺陷”結構的胺基酸序列的罕見性之間的關係。“多數原則”。

第16講 對隨機和準隨機胺基酸序列能預期什麼樣的二級結構?長的準隨機序列所形成的摺疊構建結構域的機率高。蛋白質結構元件的準玻耳茲曼統計式。源於蛋白質穩定結構物理選擇的統計式。元件穩定性對球狀蛋白質摺疊支持性序列選擇的影響；或者說，為什麼有些蛋白質結構頻繁出現而另一些則很少見。預期在大蛋白質球的中心通常應有什麼結構——。結構還是B結構?“熵性缺陷”與“能量性缺陷”之間的關係。球狀蛋白質是作為“經選擇的”隨機多肽而出現的嗎?在蛋白質工程實驗中“蛋白質樣”序列的選擇。

第5章 蛋白質分子中的合作轉變

第17講 合作轉變。蛋白質變性的可逆性。球狀蛋白質的變性是“全或無”轉變。 “全或無”轉變的范特霍夫判據。熱變性與冷變性。蛋白質分子狀態的相圖。變性蛋白質看上去像什麼?捲曲與熔球。在“普通”聚合物球溶脹時不存在“全或無”相變。

第18講 球狀蛋白質的變性：它為什麼是“全或無”轉變?密堆積蛋白質核心的衰變與側鏈的釋放。溶劑滲入變性蛋白質；熔球的衰變，蛋白質鏈隨溶劑濃度增加而逐漸解摺疊。天然蛋白質摺疊與肽鏈所有其他球態摺疊間的能隙：蛋白質鏈與隨機共聚物間的主要物理差異。(具有能隙的)“經選擇的”蛋白質鏈與隨機雜聚物之間在熔解方面的差異。

第19講 蛋白質的體內和體外摺疊。體內摺疊的輔助機理：共翻譯摺疊、蛋白伴侶等。體外自發摺疊是可能的。“利文撒爾佯謬”。無細胞系統中的蛋白質摺疊實驗；關於“體外”一詞的不同理解。蛋白質依序摺疊模型。許多蛋白質的亞穩(累積)摺疊中間態的發現。熔球是“天然”條件下蛋白質摺疊過程中常見的(但不是專性的) 中間態。某些蛋白質進行最簡單(“二態”)摺疊時並無可觀測的累積中間態。膜蛋白質的摺疊。

第20講 小蛋白質的二態摺疊：類似“全或無”轉變的動力學事件。過渡態理論。蛋白質摺疊中不穩定過渡態的實驗認定與研究。摺疊核。藉助蛋白質工程實驗發現摺疊核。蛋白質摺疊的成核機理。

第21講 “利文撒爾佯謬”的解答：一組快速摺疊途徑能自動通向最穩定結構。其必要條件只是要有一足夠大的能隙把最穩定摺疊與其他摺疊分隔開。關於某些蛋白質(絲氨酸蛋白酶抑制劑、朊病毒)中穩定結構極慢速摺疊的討論。關於蛋白質摺疊“能景圖”的說明。蛋白質結構：摺疊物理學和能摺疊的肽鏈的自然選擇。

第6章 蛋白質結構的預測與設計

第22講 由胺基酸序列預測蛋白質結構的必要性。用序列同源性識別蛋白質的結構和功能。蛋白質結構中的關鍵區域和功能位點。多重比對。蛋白質穩定結構元件的檢測。蛋白質結構元件的“模板”。不可避免地只能從肽鏈中出現的部分相互作用來判斷被預測的結構。結果使我們只能作機率性預測。能穩定和破壞多肽鏈二級結構的相互作用。非球態多肽的二級結構的計算。蛋白質二級結構的預測。

第23講 由胺基酸序列預測和識別蛋白質三級結構方法的述評。蛋白質摺疊文庫。穿行法識別蛋白質摺疊。一組遠程同源序列共同摺疊的預測可減少摺疊識別的不確定性。結構基因組學與蛋白質組學。生物信息學。蛋白質工程與設計。蛋白質摺疊設計的首批進展。

第7章 蛋白質功能的物理基礎

第24講 蛋白質功能與蛋白質結構。基本功能。結合蛋白：DNA結合蛋白、免疫球蛋白。酶。活性位點與球狀蛋白質結構“缺陷”。蛋白質剛性對酶的基本功能的至關重要性。催化位點和底物結合位點。抑制劑。輔因子。多電荷離子。酶促催化機理。例子：絲氨酸蛋白酶。過渡態理論及其蛋白質工程證實。抗體酶。催化的特異性。“鑰—鎖”識別。

第25講 基本功能的組合。底物從一個活性位點至另一活性位點的轉移。“雙篩”效應增加了功能的特異性。蛋白質摺疊對其基本催化功能的相對獨立性。蛋白質摺疊與蛋白質環境之間的可視見聯繫。蛋白質的基本功能組合與其結構柔性。誘導契合。蛋白質結構域的可動性。結構域改組與蛋白質進化。結構域的結構：激酶、脫氫酶。變構性：活性位點的相互作用。蛋白質功能的變構調控。變構性與蛋白質四級結構。血紅蛋白和肌紅蛋白。肌肉收縮的機理。

後記

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