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內容簡介

　　《蛋白質物理》是一部蛋白質物理學研究領域的係統性著作，由享譽世界的俄羅斯科學傢A.V.芬剋爾施泰因和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，包括瞭蛋白質的結構分類、變性與摺疊、結構預測與設計等幾個部分，其主旨是以物理學（特彆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，深入淺齣，不僅以簡明易懂的語言和簡繁適當的數學估算介紹瞭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啓發性。《蛋白質物理》英文版已在美、英、德等國多所大學采用為相關課程的教材。

作者簡介

　　A．V．芬剋爾施泰因（Alexei V Finkelstein）和O．B．普季岑（Oleg B Ptitsyn），俄羅斯科學傢是世界著名的從事蛋白質物理研究的俄羅斯科學院院士，他們在某些領域特彆是關於蛋白質摺疊的工作，非常卓越，例如，蛋白質結構SCOP分類法、“熔球”概念和“穿綫法”方法最初都是由他們及其學生提齣來的。

內頁插圖

目錄

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，縴維蛋白和膜蛋白。蛋白質的一級、二級、三級和四級結構。蛋白質的生物閤成。蛋白質在體內（in vivo）和在體外（in vitro）時的摺疊。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
範德華相互作用：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。肽鏈中的氫鍵取代瞭該鏈與水的氫鍵結閤；結果使得肽鏈中的氫鍵獲得瞭（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係。氨基酸的水可及非極性錶麵及其疏水性
第6講（兩倍）
水環境對靜電相互作用的影響。蛋白質錶麵和內部的靜電場。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。螺鏇：27，310，α，π，poly（Pro） II。反平行和平行β結構，β轉摺。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�布�布斯分布）。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。構象轉變過程剋服自由能壘的內能。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螺鏇初始化和延長的自由能。朗道理論與螺鏇-綫團轉變的非相變性。螺鏇-綫團轉變中的協同區段的尺寸。α螺鏇在水中的穩定性。β結構在水中的穩定性。α螺鏇和β結構的形成速度。“綫團”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錶麵
蛋白質的空間結構
第11講
縴維蛋白，其功能和周期性一級與二級結構；α角蛋白，β絲蛋白，膠原。長α螺鏇和寬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。澱粉樣縴維
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�駁鞍祝�孔蛋白。光閤作用中心。膜通道的選擇通透性。光閤作用中心的工作方式。隧道效應的概念。光子�補瓜笙嗷プ饔玫母拍�
第13講
球蛋白。蛋白質球結構的簡化錶示；結構分類。β型蛋白質的結構：β摺疊片，它們的縱嚮和垂直正交拼裝。β蛋白質中反平行結構占優勢。摺疊片右手扭轉。β蛋白質的拓撲結構
·xii
第14講
α型蛋白質的構造。螺鏇束和螺鏇層。α螺鏇構成的準球模型。α螺鏇接觸下的緊湊拼裝。α/β型蛋白質構造：α螺鏇覆蓋的平行β摺疊片，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係
第15講
蛋白質結構的分類。未觀察到蛋白質鏈摺疊的“宏觀進化”，雖然觀察到瞭它們的“微觀進化”。基因復製與專一化。域混閤産生的進化。“標準的”三級結構。氨基酸在球狀蛋白一級結構中的“準隨機”交替的典型性，與縴維蛋白的周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；罕見有環綫的交疊；罕見有沿鏈相鄰結構片段的平行；罕見有左β-α-β超螺鏇。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
對隨機和準隨機氨基酸序列，可以期望有哪種二級結構？準隨機長序列的穩定空間結構的域構造最有可能。蛋白質結構細節的準玻爾茲曼統計。準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齣現，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”之間的聯係。球狀蛋白是作為“中選”的隨機肽鏈而齣現的嗎？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。天然解摺疊的蛋白質。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�餿 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？綫團與熔球。熔球的不均勻性。“普通”高分子聚閤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摺疊。蛋白質鏈的自然摺疊與它的其他球狀摺疊之間的能隙：蛋白質鏈與隨機高分子同聚物的主要物理差彆。“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彆
·xiii
第19講
蛋白質結構在體內（in vivo）和在體外（in vitro）的形成。在體內自動摺疊中的輔助機製：共翻譯摺疊，分子伴侶及其他。自發的自動摺疊在體外有可能。“Levinthal佯謬”。非細胞係統中的蛋白質摺疊實驗，以及關於單詞“在體外（in vitro）”的不同理解。蛋白質自動摺疊的分級機製。許多蛋白質中發現瞭亞穩的（積聚的）摺疊中間體。熔球——通常（但並非必須）在天然條件下觀察到的蛋白質摺疊中間體。某些蛋白質的最簡單（單步驟）摺疊，沒有任何積聚的亞穩中間體。膜蛋白的自動摺疊
第20講
小蛋白質的單步驟摺疊。過渡態理論。在實驗上尋找和研究蛋白質摺疊中的不穩定過渡態。天然蛋白質結構的摺疊核。蛋白質工程上用體外方法對它們的實驗觀察。蛋白質摺疊的成核機製
第21講
“Levinthal佯謬”的解決：快速摺疊路徑網絡自動引導肽鏈達到穩定結構。為此必需的隻是在肽鏈的天然摺疊和其他球狀摺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“識彆”。蛋白質傢族的一級結構譜（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齣。蛋白質結構的“模闆”。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。遠同源鏈的通用摺疊預測降低瞭蛋白質結構識彆中的不確定性。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。結閤蛋白：DNA結閤蛋白，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。催化和底物結閤中心。抑製作用。輔因子。多價離子。酶催化的機製。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�菜�”概念
第25講
功能的組閤。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係。蛋白質基本功能與其結構的匹配。誘導契閤。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。肌肉收縮機製。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

精彩書摘

　　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，縴維蛋白和膜蛋白。蛋白質的一級、二級、三級和四級結構。蛋白質的生物閤成。蛋白質在體內（invivo）和在體外（invitro）時的摺疊。翻譯後修飾。
　　蛋白質是分子機器、建築模塊和活細胞的鎧甲。蛋白質最重要的，也幾乎是唯一的功能，是對細胞內和細胞周圍的化學轉換進行酶促催化作用。除此之外，調節蛋白控製基因錶達，受體蛋白（它們位於脂膜上）保障細胞間信號的感知，而信號常常是由激素（也是蛋白質）傳遞的。免疫蛋白和與之類似的組織相容性蛋白質既能識彆和結閤“異種”分子，也能識彆和結閤“自身的”細胞，從而讓這些細胞能正確地安置在生物體中。結構性蛋白構成微絲和微管，以及縴絲、毛發、絲和其他保護性覆蓋物，它們加固細胞膜，支撐細胞和組織的結構。運輸蛋白轉運（而儲存蛋白――儲存）其他分子。跨膜傳遞質子和電子的蛋白質保障所有的生物能學過程：光吸收，呼吸，ATP生産。其他蛋白質，通過“燃燒”ATP，保障機械化學活動，它們在肌肉中工作或移動細胞成分。
　　盡管有這些多樣性，蛋白質的工作總是以它們和與之發生作用的分子之間的相互作用的高度專一性：就像鑰匙和鎖（更準確些：像柔軟的鑰匙和柔軟的鎖）為基礎的。為瞭保障這種相互作用，蛋白質必須有足夠“堅硬”（“工作中的”蛋白質在任何情況下）的空間結構。所以蛋白質（以及對生命非常重要的其他大分子：DNA和RNA）的生物學功能與它們特定的三維結構密切相關。這些結構的破壞，甚至隻是小小的改變，常常都會導緻蛋白質活性的喪失或顯著改變。
　　有關蛋白質分子三維結構的知識對理解蛋白質分子的功能是必不可少的。因此我將在最後纔講述蛋白質功能的物理學，開始時集中注意力於它們的結構，關注它們的穩定性和自組織能力的本質。
　　……

前言/序言

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