磷与生命科学

1.本书是“十四五”国家重点出版物出版规划项目“磷科学前沿与技术丛书”的一个分册。 2.本书内容为作者团队多年研究成果，系统展示了磷元素在生命过程中发挥的关键作用，破解生命起源与进化的奥秘。 3.内容涉及核糖核酸结构与蛋白可逆磷酸化机制、含磷小分子代谢物的结构与功能、高配位磷化学转换机制等。

本书为“磷科学前沿与技术丛书”分册之一。本书从生命磷化学角度对含磷生物分子的结构和功能以及所参与的生物化学过程进行了系统的总结，介绍了近年来生命科学领域的重要突破和进展。内容包括磷元素与生命调控过程的关系，核酸、核酸适配体及基因编辑技术，蛋白质磷酸化修饰在神经退行性疾病、真核基因转录延伸调控、细胞程序性坏死过程中的作用机制，磷酸化蛋白富集技术与应用，生命体中多聚磷酸盐代谢与功能，生命过程中存在的典型高配位磷中间体机制等，系统展示了磷元素在生命过程中发挥的关键作用。适合从事化学、生命科学、药学研发及相关专业的科技人员、大专院校师生参考。

无

1磷元素与生命调控过程001
1.1引言002
1.2磷元素的发现006
1.3磷元素与生命过程密切相关010
1.3.1DNA双螺旋结构011
1.3.2磷元素的不可替代性012
1.3.3植物光合磷酸化过程014
1.4磷元素与能量代谢015
1.4.1能量代谢过程的高能磷分子015
1.4.2ATP新生物功能的发现019
1.4.3NAD/NADH氧化-还原过程020
1.4.4磷元素与氨基酸代谢020
1.5磷脂的化学结构与功能022
1.6核酸的结构、合成与水解过程024
1.7生命体系中的P—N化学键结构027
1.8磷酰基转移过程机理030
1.9蛋白质的生物合成032
1.10蛋白翻译后修饰033
1.10.1蛋白可逆磷酸化修饰034
1.10.2微生物双组分系统中磷酸化调控机制037
1.10.3蛋白ADP核糖基化修饰039
1.11磷元素与疾病发生和治疗药物开发043
1.12小结044
参考文献045

2磷与核酸053
2.1核酸的组成与结构054
2.1.1核酸的结构征与分离054
2.1.2核酸中磷元素的化学性质063
2.2核酸磷酸骨架的化学修饰及其应用064
2.2.1核酸磷酸二酯键的稳定性064
2.2.2核酸磷酸骨架的人工化学修饰065
2.2.3DNA磷酸骨架的天然化学修饰071
2.3核酸碱基及糖环的化学修饰及其应用071
2.4G-四链核酸及其配体分子设计074
2.4.1G-四链核酸074
2.4.2G-四链RNA077
2.4.3G-四链核酸的配体分子设计082
2.5小结085
参考文献085

3基于核酸的适配体和基因编辑技术093
3.1核酸适配体及其在疾病诊断中的应用094
3.1.1核酸适配体094
3.1.2疾病诊断中的应用095
3.2DNA修复与编辑098
3.2.1DNA修复过程的磷化学机制098
3.2.2DNA编辑过程的磷化学调控机制106
3.3小结110
参考文献110

4蛋白质的O-磷酸化修饰117
4.1引言118
4.2O-磷酸化与神经退行性疾病119
4.2.1O-磷酸化和阿尔茨海默病相关的Tau蛋白120
4.2.2O-磷酸化和阿尔茨海默病相关的β-淀粉样蛋白123
4.2.3O-磷酸化和帕金森病相关的α-核突触蛋白127
4.2.4O-磷酸化和肌萎缩侧索硬化症相关的TDP-43131
4.3小结133
参考文献133

5磷酸化修饰与真核基因转录延伸调控过程137
5.1磷酸化修饰与真核基因转录循环过程139
5.1.1RNA聚合酶的组成和功能139
5.1.2CTD的殊结构145
5.1.3CTD的磷酸化修饰147
5.1.4CTD的去磷酸化150
5.2正性转录延伸因子P-TEFb的结构和功能156
5.3正性转录延伸因子P-TEFb的活性和调控158
5.3.1非活性状态复合物——7SKsnRNP159
5.3.2HIV-1基因转录调控162
5.3.3激酶活性状态复合物——SEC163
5.3.4激酶活性状态复合物——BEC165
5.4小结166
参考文献168

6磷酸化修饰与细胞程序性坏死177
6.1激酶RIPK3178
6.1.1激酶RIPK3的发现178
6.1.2RIPK3的C端同源结构域——RHIM结构域179
6.1.3Ripk3基因敲除的小鼠179
6.2细胞程序性坏死180
6.2.1细胞程序性坏死现象180
6.2.2RIPK1激酶活性抑制剂的发现181
6.3细胞程序性坏死的开关分子——RIPK3激酶182
6.3.1RIPK3激活细胞程序性坏死的现象182
6.3.2RIPK3介导细胞程序性坏死的机制182
6.3.3RIPK3激酶底物的发现184
6.4RIPK3与凋亡信号间的互作机制185
6.4.1caspase-8细胞程序性坏死的发生185
6.4.2RIPK3抑制细胞程序性凋亡信号的机制186
6.4.3RIPK1参与RIPK3对凋亡信号的抑制187
6.4.4激酶RSK是参与RIPK3对凋亡抑制的关键分子188
6.5RIPK3-RIPK1为核心的纤维状结构189
6.6RIPK3介导细胞坏死的生物学功能191
6.6.1RIPK3介导的细胞坏死与抗病毒免疫191
6.6.2RIPK3与炎症型疾病密切相关193
6.7总结和展望194
参考文献195

7蛋白质磷酸化选择性富集方法201
7.1蛋白质磷酸化概述202
7.2蛋白质磷酸化选择性富集方法207
7.2.1亲和富集法208
7.2.2固定化金属离子亲和色谱法213
7.2.3金属氧化物亲和色谱法218
7.2.4智能聚合物221
7.2.5离子交换色谱法224
7.2.6亲水相互作用色谱法227
7.2.7化学修饰法228
7.2.8金属磷酸化盐沉淀231
7.2.9Phos-Tag标签232
7.2.10其他富集方法234
7.3磷酸化肽富集方法的优化和改进234
7.3.1富集材料设计的改进235
7.3.2富集方式的改进235
7.3.3富集异性的改进236
7.3.4时空分辨的磷酸化研究237
7.3.5非典型性磷酸化肽段富集238
7.4总结和展望238
参考文献239

8生命体中多聚磷酸盐代谢及其功能251
8.1多聚磷酸盐概述252
8.2多聚磷酸盐代谢252
8.2.1多聚磷酸盐合成代谢和关键酶253
8.2.2多聚磷酸盐分解代谢和关键酶256
8.3多聚磷酸盐的生物学功能与进化意义262
8.3.1多聚磷酸盐的生物学功能262
8.3.2多聚磷酸盐与生命起源269
8.4多聚磷酸盐的应用价值272
参考文献274

9信号转导系统与含磷第二信使279
9.1环化核苷酸281
9.2环化双核苷酸284
9.2.1环二鸟苷酸285
9.2.2环二腺苷酸288
9.2.3环-鸟苷酸-腺苷酸290
9.3ppGpp292
9.41,4,5-三磷酸肌醇293
9.5“线型对称”结构的信号分子ApnA294
9.6第二信使的作用机制和药物研发298
参考文献299

10微生物中的含磷天然产物309
10.1引言310
10.2微生物中的含磷化合物311
10.2.1古菌产生的含磷化合物311
10.2.2细菌产生的含磷化合物311
10.2.3放线菌产生的含磷化合物320
10.2.4真菌产生的含磷化合物327
10.2.5肠道微生物产生的含磷化合物329
10.2.6利用基因组挖掘技术发现的含磷化合物329
10.3微生物合成含磷化合物相关的酶类330
10.3.1P—C键生物合成相关的酶类330
10.3.2P—N键生物合成相关的酶类331
10.3.3微生物转化而来的含磷化合物332
10.3.4含磷天然产物与药物研发332
10.4总结与展望333
参考文献335

11生命过程中的高配位磷345
11.1引言346
11.2磷原子的轨道征347
11.3生物化学过程中的高配位磷350
11.3.1遗传物质中的高配位磷350
11.3.2五配位磷参与RNA非酶促水解351
11.3.3五配位磷参与RNA酶促水解352
11.3.4蛋白可逆磷酸化过程中的高配位磷356
11.3.5β-葡萄糖磷酸变位酶作用过程中的高配位磷359
11.4高配位磷化学模型研究362
11.4.1磷酸酯水解362
11.4.2前生源过程高配位磷364
11.4.3双氨基酸五配位磷烷模型370
11.5小结373
参考文献374

索引378