蛋白質物理（簡體書）

《蛋白質物理》是一部蛋白質物理學研究領域的系統性著作，由享譽世界的俄羅斯科學家A.V.芬克爾施泰因和O.B.普季岑根據其為俄羅斯科學院和莫斯科大學的學生講授蛋白質物理課程時的講義撰寫而成，具有很高的理論和學術價值。《蛋白質物理》內容廣泛，包括了蛋白質的結構分類、變性與折疊、結構預測與設計等幾個部分，其主旨是以物理學（特別是統計物理和熱力學）的觀點和方法來研究與蛋白質相關的問題。《蛋白質物理》循序漸進，深入淺出，不僅以簡明易懂的語言和簡繁適當的數學估算介紹了與蛋白質相關的基礎問題，而且對本領域中的重點研究問題都高屋建瓴地予以嚴謹的分析和討論，在研究思想上有很強的指導性和啟發性。《蛋白質物理》英文版已在美、英、德等國多所大學採用為相關課程的教材。

中文版序前言（第三版俄文版）序（第二版英文版）前言（第一版俄文版）緒論第1講蛋白質的主要功能。氨基酸序列決定空間結構，空間結構決定功能。反之不然。球狀蛋白，纖維蛋白和膜蛋白。蛋白質的一級、二級、三級和四級結構。蛋白質的生物合成。蛋白質在體內（in vivo）和在體外（in vitro）時的折疊。翻譯後修飾蛋白質內部和周圍環境的基本相互作用第2講L型氨基酸殘基的立體化學。共價鍵連接和它們之間的角度。共價鍵的振動。圍繞共價鍵的轉動。肽基團。順式（trans）和反式（cis）脯氨酸（Pro）第3講范德華相互作用：遠距時吸引，近距時排斥。氨基酸殘基的允許構象（甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸和脯氨酸的拉氏圖）第4講水環境的影響。氫鍵。氫鍵的電本性。氫鍵的能量。氫鍵在晶體中的幾何形狀。氫鍵在水中的鬆弛。熵和自由能的概念。肽鏈中的氫鍵取代了該鏈與水的氫鍵結合；結果使得肽鏈中的氫鍵獲得了（在水環境中）熵性質第5講（兩倍）熱力學基礎。自由能與化學勢。疏水作用。它們與氫鍵在水中的飽和必然性的聯繫。氨基酸的水可及非極性表面及其疏水性第6講（兩倍）水環境對靜電相互作用的影響。蛋白質表面和內部的靜電場。介電係數。鹽溶液中的電荷屏蔽。利用蛋白質工程測量蛋白質中的電場。二硫鍵。配位鍵多肽鏈的二級結構第7講多肽的二級結構。螺旋：27，310，α，π，poly（Pro） II。反平行和平行β結構，β轉折。測定二級結構的實驗方法第8講統計物理原理。溫度與能量和熵變化的關係。不同能量狀態的概率（玻爾茲曼?吉布斯分佈）。配分函數及其與自由能的關係。構象轉變。一級相變（“全或無”轉變）和非相變的概念。構象轉變過程克服自由能壘的內能。絕對反應速度理論的概念。並行過程和串行過程。擴散過程的特徵速度第9講α螺旋初始化和延長的自由能。朗道理論與螺旋-線團轉變的非相變性。螺旋-線團轉變中的協同區段的尺寸。α螺旋在水中的穩定性。β結構在水中的穩定性。α螺旋和β結構的形成速度。“線團”是什麼？第10講氨基酸殘基側鏈基團的性質。氨基酸殘基參與到二級結構中。丙氨酸（Ala）、甘氨酸（Gly）、脯氨酸（Pro）、纈氨酸（Val）。非極性的、短極性和長極性的側鏈基團。帶電側鏈基團。蛋白質二級結構的疏水性表面蛋白質的空間結構第11講纖維蛋白，其功能和週期性一級與二級結構；α角蛋白，β絲蛋白，膠原。長α螺旋和寬β片的拼裝。形成基質的蛋白質；彈性蛋白。蛋白質遺傳缺陷與疾病。澱粉樣纖維第12講膜蛋白，它們的結構與功能的特性。細菌視紫紅質，受體和G?蛋白，孔蛋白。光合作用中心。膜通道的選擇通透性。光合作用中心的工作方式。隧道效應的概念。光子?構象相互作用的概念第13講球蛋白。蛋白質球結構的簡化表示；結構分類。β型蛋白質的結構：β折疊片，它們的縱向和垂直正交拼裝。β蛋白質中反平行結構佔優勢。折疊片右手扭轉。β蛋白質的拓撲結構．xii第14講α型蛋白質的構造。螺旋束和螺旋層。α螺旋構成的准球模型。α螺旋接觸下的緊湊拼裝。α/β型蛋白質構造：α螺旋覆蓋的平行β折疊片，以及α/β圓筒。β-α-β亞基的拓撲結構。α+β型蛋白質的構造。蛋白質的架構與其功能之間並無直接聯繫第15講蛋白質結構的分類。未觀察到蛋白質鏈折疊的“宏觀進化”，雖然觀察到了它們的“微觀進化”。基因複製與專一化。域混合產生的進化。“標準的”三級結構。氨基酸在球狀蛋白一級結構中的“准隨機”交替的典型性，與纖維蛋白的週期性結構和膜蛋白的塊狀結構的對比。蛋白質球體構造的物理原理。在蛋白質球體結構中觀察到的基本規律：存在單獨的α和β層；罕見有環線的交疊；罕見有沿鏈相鄰結構片段的平行；罕見有左β-α-β超螺旋。結構中很少存在“能量缺陷”和“熵缺陷”，這些“缺陷”與能使“缺陷”穩定的蛋白質序列的相對罕見性之間的關係。多數原則第16講對隨機和准隨機氨基酸序列，可以期望有哪種二級結構？准隨機長序列的穩定空間結構的域構造最有可能。蛋白質結構細節的准玻爾茲曼統計。准玻爾茲曼統計來自於對穩定的蛋白質結構的物理性選擇。結構元件的穩定性對球狀蛋白未破壞的空間結構的一級結構的選擇嚴格性的影響，或者說：為什麼一種蛋白質結構經常出現，而其他的很罕見，在大蛋白質球中心哪一種結構，α或β，更值得期待？“熵性缺陷”與“能量缺陷”之間的聯繫。球狀蛋白是作為“中選”的隨機肽鏈而出現的嗎？蛋白質工程中“蛋白質有利的”隨機序列的選擇蛋白質分子中的協同轉變第17講（兩倍）蛋白質的變性。天然解折疊的蛋白質。協同轉變。蛋白質變性的可逆性。球狀蛋白的變性是“全或無”型轉變。“全或無”型轉變的範特霍夫（Van?t Hoff）判據。熱變性和冷變性。蛋白質分子的相狀態圖。變性蛋白質看上去怎麼樣？線團與熔球。熔球的不均勻性。“普通”高分子聚合物球體膨脹時不存在“全或無”型的相變第18講為什麼球狀蛋白的變性是“全或無”型轉變？蛋白質核心的緊湊拼裝包的解體和側鏈基團的解放。溶劑滲入到變性蛋白質中，熔球的破壞，變性蛋白質鏈隨著溶劑力的增強而解折疊。蛋白質鏈的自然折疊與它的其他球狀折疊之間的能隙：蛋白質鏈與隨機高分子同聚物的主要物理差別。“中選的”高分子雜聚物（有能隙）與隨機高分子共聚物在熔化時的差別．xiii第19講蛋白質結構在體內（in vivo）和在體外（in vitro）的形成。在體內自動折疊中的輔助機制：共翻譯折疊，分子伴侶及其他。自發的自動折疊在體外有可能。“Levinthal佯謬”。非細胞系統中的蛋白質折疊實驗，以及關於單詞“在體外（in vitro）”的不同理解。蛋白質自動折疊的分級機制。許多蛋白質中發現了亞穩的（積聚的）折疊中間體。熔球——通常（但並非必須）在天然條件下觀察到的蛋白質折疊中間體。某些蛋白質的最簡單（單步驟）折疊，沒有任何積聚的亞穩中間體。膜蛋白的自動折疊第20講小蛋白質的單步驟折疊。過渡態理論。在實驗上尋找和研究蛋白質折疊中的不穩定過渡態。天然蛋白質結構的折疊核。蛋白質工程上用體外方法對它們的實驗觀察。蛋白質折疊的成核機制第21講“Levinthal佯謬”的解決：快速折疊路徑網絡自動引導肽鏈達到穩定結構。為此必需的只是在肽鏈的天然折疊和其他球狀折疊之間存在明顯的能隙。對幾種蛋白質[塞爾平（serpins）和普利昂（prion）]中形成穩定結構異常慢速的討論。蛋白質“能景”的概念。蛋白質結構：自組織物理學和自組織鏈的自然選擇蛋白質結構的預測與設計第22講根據氨基酸序列預測蛋白質結構的需求。根據序列同源性對蛋白質結構和功能的“識別”。蛋白質家族的一級結構譜（profile）。蛋白質結構的關鍵區域和功能位點。蛋白質鏈的穩定空間結構的釋出。蛋白質結構的“模板”。我們總是被迫根據作用於鏈中的部分相互作用判斷預測得的蛋白質結構。結果：概率性預測。使多肽二級結構穩定和破壞的相互作用。非球狀多肽的二級結構的計算。蛋白質二級結構的預測第23講根據氨基酸序列預測蛋白質空間結構的方法概述。蛋白質結構數據庫。遠同源鏈的通用折疊預測降低了蛋白質結構識別中的不確定性。結構基因組學和蛋白質組學。生物信息學。蛋白質工程和蛋白質設計。蛋白質結構設計中的初步成功．xiv蛋白質功能的物理學原理第24講（兩倍）蛋白質功能與結構。基本功能。結合蛋白：DNA結合蛋白，免疫球蛋白。酶。活性中心：球形酶功能的“缺陷”。蛋白質的硬度對基本酶功能很重要。催化和底物結合中心。抑制作用。輔因子。多價離子。酶催化的機制。例子：絲氨酸蛋白酶。催化中的過渡態理論及蛋白質工程方法對其的證明。抗體酶。催化作用的特異性。“鑰匙?鎖”概念第25講功能的組合。底物從一個活性中心到另一個活性中心的轉移。“雙層篩”增加功能特異性。蛋白質結構對它的基本酶活性的相對獨立性。蛋白質結構與其環境的可見聯繫。蛋白質基本功能與其結構的匹配。誘導契合。蛋白質域的活動性。蛋白質域在進化中的移動。域結構：激酶，脫氫酶。變構：陽離子中心的相互作用。蛋白質功能的變構調節。變構與蛋白質四級結構。血紅蛋白與肌紅蛋白。肌肉收縮機制。肌絲行走後記譯後記推薦文獻練習、解答與評注索引彩色立體插圖