結構生物學

什麼是結構生物學？生物大分子要發揮功能，必須滿足兩個條件。第一，凡要發揮功能和活性的生物大分子必須具有特定的，自身特有，相對穩定的三級結構。第二，結構運動。沒有穩定的三級結構和結構運動，生物大分子是很難發揮生物功能或活性的。那麼，結構生物學研究什麼呢？按我的看法，是以生物大分子三級結構的確定作為手段，研究生物大分子的結構功能關係，將探討生物大分子的作用機制和原理作為研究目的。結構生物學是近代生物學發展過程中，定量闡明生命現象的一門科學，這個是我對結構生物學的看法。生物大分子的三級結構和結構功能研究的結構生物學已經成為生命科學當前的前沿和帶頭學科。

結構生物學主要是用物理的手段，用X-射線晶體學，核磁共振波譜學，電鏡技術等物理學技術來研究生物大分子的功能和結構。來闡明這些大分子相互作用中的機制。大家可以看到在結構生物學中強調結構和功能的研究技術，沒有這些技術，就沒有結構生物學。

結構生物學的發展經過以下幾個階段：

結構生物學起源於上世紀五十年代眾所周知的Waston Crick發現DNA雙螺旋結構，建立DNA的雙螺旋模型。

60年代當時的開文迪許實驗室的M.Perutz J.Kendrew用X-射線晶體衍射技術獲得了球蛋白的結構。由於X射線晶體衍射技術的應用，使我們可以在晶體水平研究大分子的結構，在分子原子基礎上解釋了大分子。由於他們開創性的工作，Waston Crick獲得了1962年的諾貝爾生理學與醫學獎，M.Pertt和J.Kendrew獲得了同年的化學獎。從那時起，技術的發展就成為結構生物學發展最重要的決定因素。

60到70年代，在同一實驗室的他們又發展了電子晶體學技術，當時的研究對象主要是有序的，對稱性高的生物體系，如二維的晶體和對稱性很高的三維晶體。

70-80年代，多維核磁共振波譜學的發明使得在水溶液中研究生物大分子成為可能，水溶液中的生物大分子更接近於生理狀態。

最近二十年，80年代到本世紀初，冷凍電子顯微鏡的發明，這種技術的發明使我們不僅能夠研究生物大分子在晶體狀態和溶液狀態的結構，而且能夠研究研究複雜的大分子體系（molecular complex）超分子體系，這就是細胞器和細胞。可見結構生物學的發展過程經歷了從結晶到溶液再到大分子體系，超分子體系，如核糖體（ribosome），病毒，溶酶體（lysosome），線粒體等。

本書以生物大分子（核酸、蛋白質）結構與功能的關係為主線，以結構生物學研究技術為基礎，貫穿現代分子生物學原理，講述結構生物學基本知識、基礎理論和研究方法，介紹結構生物學的新成果、新進展、今後發展的趨勢及面臨的挑戰。內容涵蓋緒論、核酸結構與功能、蛋白質結構與功能、結構生物學研究技術4部分23章。與國內外已經出版的同類書比較，本書增加了分子伴侶、第二遺傳密碼、蛋白質的錯誤摺疊與疾病、蛋白質組學和質譜技術等新章節。每章後有小結和思考題，全書後附有結構生物學名詞索引和歷年結構生物學相關領域Nobel獎獲獎情況統計，以方便讀者查閱。

本書可作為綜合大學、理工科大學以及醫、農、林院校生命科學學院（生物系）本科高年級學生和研究生學習結構生物學的教材和參考用書，也可供有關教師及科研人員作參考。

前言

第1章 緒論

⒈1 結構生物學——歷史與定義

⒈2 結構生物學——進展

⒈3 結構生物學——新目標

第2章 核酸結構的多樣性（nucleic acid structure diversity)

⒉1 單鏈核酸分子的結構形態

⒉2 雙鏈核酸分子的結構形態

⒉3 三鏈核酸分子的結構形態

⒉4 分支的三鏈核酸複合物

⒉5 四鏈核酸分子的結構形態

⒉6 非線型多支鏈結構

⒉7 多聚核苷酸右手螺旋：A型和B型

⒉8 Z-DNA

⒉9 天然DNA的構象

第3章 RNA的結構（the structure of RNA)

⒊1 RNA和DNA的結構差異

⒊2 RNA的結構特徵

⒊3 RNA的一級結構

⒊4 RNA的二級結構

⒊5 RNA的三級結構

⒊6 RNA的摺疊

⒊7 RNA的晶體結構

⒊8 具有催化功能的RNA

第4章 DNA的結構（the structure of DNA)

⒋1 DNA的一級結構

⒋2 DNA的二級結構

⒋3 DNA的三級結構

⒋4 四鏈DNA結構

第5章 核酸的功能（nucleic acid function)

⒌1 核酸分子作為遺傳信息載體的功能

⒌2 核酶

第6章 基因組學（genomics)

⒍1 人類基因組計劃

⒍2 基因組的初步分析

⒍3 基因組研究的部分內容

⒍4 基因組學研究的前景

⒍5 結構基因組學

第7章 蛋白質分子的結構（the structures of proteins)

⒎1 蛋白質分子的一級結構

⒎2 蛋白質分子的二級結構

⒎3 蛋白質分子的三級結構

⒎4 蛋白質分子的四級結構

第8章 蛋白質摺疊和分子伴侶（protein folding and molecular chaperones)

⒏1 蛋白質和新生肽鏈摺疊的新概念

⒏2 幫助蛋白質和新生肽鏈摺疊的生物大分子

第9章 第二遺傳密碼（second genetic code)

⒐1 第一遺傳密碼

⒐2 第二遺傳密碼

⒐3 第二遺傳密碼的研究在實際應用上的意義

第10章 蛋白質的錯誤摺疊與疾病（protein misfolding and diseases)

⒑1 細胞內保證蛋白質正常功能的"質量控制"系統

⒑2 與蛋白質錯誤摺疊有關的疾病

⒑3 如何治療由於蛋白質錯誤摺疊引起的疾病

第1l章 蛋白質去摺疊（protein unfolding)

⒒1 主要研究手段

⒒2 促使蛋白質去摺疊常用的方法

⒒3 蛋白質去摺疊研究進展

⒒4 質譜法、熒光相圖法在研究蛋白質去摺疊中的應用

第12章 蛋白質結構與功能示例（structures and functions of proteins：some examplesl)

⒓1 超氧化物歧化酶

⒓2 ATP合成酶

⒓3 DNA依賴的蛋白激酶

第13章 蛋白質組學（proteomics)

⒔1 后基因組學--蛋白質組學研究

⒔2 蛋白質組學研究的主要手段

⒔3 自動化蛋白質組分析的完整途徑

⒔4 蛋白質組學研究的現狀和前景

第14章 蛋白質結構預測和分子動力學模擬（protein structure prediction and molecular dynamics simulations)

⒕1 蛋白質分子結構的預測

⒕2 蛋白質二級結構的預測

⒕3 蛋白質三維結構的預測

⒕4 蛋白質分子動力學

⒕5 蛋白質結構預測實例

⒕6 蛋白質結構預測的展望

第15章 X射線晶體衍射分析（protein crystallography，X-ray diffraction methods)

⒖1 X射線晶體衍射分析概述

⒖2 晶體生長和x射線衍射數據收集

⒖3 X射線衍射分析

⒖4 X射線衍射結構分析舉例

⒖5 晶體結構的表達

第16章 核磁共振技術（nuclear magnetic resonance，NMR)

⒗1 原子核自旋與核磁共振

⒗2 多維核磁共振

⒗3 核磁共振測定生物大分子的三維結構

第17章 電鏡三維重構（electron microscopy three-dimensional structure ebuilding)

⒘1 電鏡載網

⒘2 負染

⒘3 葡萄糖包埋

⒘4 單寧酸包埋

⒘5 冷凍含水方法

⒘6 低劑量電鏡術

⒘7 三維結構重建的梗概

第18章 質譜技術（mass spectrometry)

⒙1 生物質譜技術

⒙2 生物質譜技術應用示例

第19章 微量熱技術（microcalorimetry)

⒚1 等溫滴定量熱法

⒚2 ITC應用示例

⒚3 差示掃描量熱法

第20章 熒光光譜技術（fluorescence spectrometry)

⒛1 熒光的產生

⒛2 從熒光光譜獲得的主要譜參量

⒛3 熒光方法的應用

第21章 圓二色技術（circular dichroism)

21.1 基本原理

21.2 圓二色儀

21.3 圓二色譜在結構生物學研究中的應用

第22章 掃描隧道顯微技術（scanning tunneling microscopy)

22.1 掃描隧道顯微鏡

22.2 STM應用於研究結構生物學的優點

22.3 STM在結構生物學研究中的應用

22.4 原子力顯微技術

第23章 表面等離子體共振技術（surface plasmon resonance)

23.1 SPR原理

23.2 基於SPR的BIAcore技術

23.3 SPR生物感測器技術的應用

23.4 SPR生物感測器技術中存在的一些問題

23.5 SPR生物感測器的改進

主要參考文獻

結構生物學相關領域Nobel獎歷年獲獎情況統計

名詞索引

書名：結構生物學：從原子到生命

ISBN:9787030363923

作者：(瑞典)A.利爾加斯 等

出版社：科學出版社

定價：168

頁數：480

出版日期：2013-1-1

版次： 1

開本：16開

包裝：平裝

內容簡介：

本書以生物學功能為主線，以生物大分子及其複合物的三維原子結構為中心，全面深刻地解析了重要生命活動過程的結構基礎及由此闡發的分子機理，內容涵蓋了蛋白質、核酸、脂類到生物膜的基本結構信息及知識，從遺傳信息DNA到RNA到蛋白質的傳遞，到基因產物蛋白質的產生與消亡，從各類生物信號轉導、細胞運動、物質輸運與相互作用，到免疫系統的結構生物學和病毒結構與功能，系統深入，內容豐富翔實，圖文並茂，整合了迄今最新的研究成果和學科知識，展現了從生物大分子的原子結構到重要生命活動的內在聯繫和基本原理。

作者簡介:

A.利爾加斯教授是瑞典著名結構生物學家，諾貝爾化學獎評選委員會委員，在瑞典著名的Uppsala大學和Lund大學教學科研四十多年，曾是Lund大學同步輻射裝置（MAX-II）蛋白晶體學線站的發起者及負責人。他多年來專註於核糖體蛋白的結構與功能研究，是核糖體結構與功能及蛋白質體內翻譯領域的學術權威。

目錄：

中譯本前言

譯者前言及致謝

前言

第一章 導論

第二章 蛋白質結構基礎

第三章 核酸結構基礎

第四章 脂類及膜結構基礎

第五章 酶

第六章 DNA代謝：複製與重組

第七章 轉錄

第八章 蛋白質的合成－翻譯

第九章 蛋白質的摺疊與降解

第十章 膜蛋白

第十一章 信號傳導

第十二章 細胞的運動及物質運輸

第十三章 細胞間相互作用的結構基礎

第十四章 免疫系統

第十五章 病毒的結構與功能

第十六章 結構生物學與生物大分子的演化

附錄一：大分子的化學鍵及能量關係

附錄二：摺疊類型的比較方法

附錄三：蛋白質構象的預測

附錄四：蛋白質功能的確認

附錄五：蛋白質的修飾

附錄六：結構生物學相關的諾貝爾獎得主