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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Motif43

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Motif56

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pH192

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c321

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c323

20.1.3 细菌细胞色素c323

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