膜蛋白结构动力学（第二版）

膜蛋白在生命细胞中扮演着多种重要的角色，与分子生物学、医药、农业、生物技术等领域密切相关。针对膜蛋白的结构-功能研究是结构生物学中最活跃的前沿领域之一。本书共八章，从化学动力学的角度探讨膜蛋白结构与功能的关系问题，并对生物膜膜电位的物理性质及其在生物学上的意义进行了系统性的介绍。此外，本书还基于膜电位驱动力原理对多种膜蛋白家族的功能机制进行了深入浅出的分析和阐释。本书结合作者的科研经验和教学经验，广泛覆盖功能性膜蛋白的主要分支，提出了新概念和创新思考，强调物理概念的阐述和实例说明。

博士生导师， 生物物理研究所研究组长，《Protein Science》杂志编委。国家千人计划入选者。从事结构生物学研究近40年，从事膜蛋白结构研究愈十年。从中国科学院大学创立之初开始在生命学院讲授结构生物学课程四年。

目录
序言
前言
第一章  膜蛋白1
1.1  生物膜与膜蛋白1
1.2  细胞能量系统的“三驾马车”3
1.3  膜蛋白的结构研究7
1.4  膜蛋白分类和结构稳定因素10
1.5  β桶型膜蛋白18
小结与随想22
习题及思考题23
第二章  生物膜与膜蛋白的相互作用24
2.1  生物膜的构成及性质24
2.1.1  生物膜的一般性质与化学组成24
2.1.2  脂分子的物理聚集态25
2.1.3  表面张力与内部压力27
2.1.4  吉布斯自由能与玻尔兹曼方程28
2.1.5  生物膜与膜蛋白分子的相互作用30
2.2  疏水失配33
2.3  膜电位与膜蛋白.37
2.3.1  制约膜蛋白分子取向的“正电在内规则”37
2.3.2  膜电位——“活”细胞的标志40
2.3.3  跨膜的电荷迁移与膜电位的成因43
2.3.4  膜电位电场及膜蛋白的影响50
2.3.5  静电驱动力与膜蛋白的构象变化52
小结与随想57
习题及思考题58
第三章  化学动力学基础59
3.1  酶促反应中的化学动力学59
3.2  自由能景观函数62
3.2.1  自由能景观图62
3.2.2  关于耗散热、速率与效率64
3.2.3  最小阻抗通路65
3.3  热力学与化学动力学的关系68
3.3.1  热力学与动力学的区别和联系68
3.3.2  将酶视为一个灰箱71
3.3.3  占有率能差71
3.3.4  底物结合步骤的进一步分解74
3.4  双稳态模型.75
3.4.1  双稳态模型及其参数75
3.4.2  别构调控77
3.4.3  膜电位对双稳态模型的修正83
3.4.4  配体结合能与双稳态的关系85
小结与随想96
习题及思考题.97
第四章  二级主动转运蛋白.98
4.1  转运蛋白的一般概念99
4.2  MFS家族转运蛋白.107
4.2.1  MFS家族转运蛋白的保守三维结构107
4.2.2  理解能量偶联的关键科学概念109
4.2.3  转运蛋白分类及机制差异119
4.2.4  关于膜电位驱动原理的普适性128
4.3  APC家族130
4.4  CPA家族钠-氢交换泵133
4.4.1  NhaA及其同源蛋白134
4.4.2  CPA3分支的专享成员Mrp138
4.5  RND转运蛋白及AcrB的协同性143
4.5.1  AcrB复合体的三维结构.143
4.5.2  AcrB的三冲程机制.145
4.5.3  质子化事件和能量偶联146
4.5.4  AcrB复合体三个亚基之间的协同性147
4.5.5  单亚基RND转运蛋白MmpL3的结构和转运机制148
4.5.6  胆固醇转运蛋白NPC1.148
4.6  EAAT——转运与通道双功能蛋白151
小结与随想153
习题及思考题154
第五章  ATP驱动的跨膜转运155
5.1  ATP水解酶的共性和多样性155
5.2  P型ATP酶——ATP驱动的离子泵159
5.2.1  P型ATP酶的共性结构161
5.2.2  肌质网钙泵162
5.2.3  ATP水解驱动的质子泵164
5.2.4  Post-Albers循环及解离态储能机制165
5.3  ABC转运蛋白169
5.3.1  ABC转运蛋白分类及一般结构169
5.3.2  甲型ABC输出蛋白172
5.3.3  甲型ABC输入蛋白173
5.4  脂多糖转运系统175
小结与随想178
习题及思考题178
第六章  通道蛋白179
6.1  离子通道的一般概念180
6.2  离子通道的一般结构和共有开关机制.183
6.2.1  四聚体水通道183
6.2.2  KcsA钾离子通道184
6.2.3  离子通道的疏水涵闸187
6.3  机械力敏感通道191
6.3.1  MscS和MscL通道192
6.3.2  Piezo通道195
6.4  电压门控离子通道196
6.4.1  电压传感器的滑动-摇滚机制196
6.4.2  门控电荷198
6.5  快失活、慢失活及各类抑制剂201
6.5.1  通道的快失活201
6.5.2  通道的慢失活和脱敏202
6.5.3  通道抑制剂206
6.6  配体门控离子通道207
6.6.1  四聚体钾离子通道中的钙离子调控机制207
6.6.2  四聚体受体通道209
6.6.3  三聚体受体通道211
6.6.4  五聚体受体通道211
6.6.5  TRIC离子通道213
6.6.6  CALHM通道.214
6.7  温度门控离子通道216
6.7.1  TRP家族通道蛋白的功能多样性216
6.7.2  TRP结构216
6.7.3  双稳态温度门控的一般机制217
6.8  ClC氯离子通道221
6.8.1  ClC蛋白分子的总体结构222
6.8.2  通道抑或交换泵223
6.8.3  ClC蛋白的功能切换224
6.8.4  ClC转运机制的结构基础225
小结与随想227
习题及思考题228
第七章  能量转化相关膜蛋白229
7.1  ATP合酶229
7.1.1  ATP合酶的基本结构229
7.1.2  F1部分的ATP合成机制.233
7.1.3  FO部分的转动机制.236
7.1.4  V-ATPase型质子泵.239
7.2  光合作用242
7.2.1  细菌视紫红质蛋白242
7.2.2  叶绿体与光系统245
7.2.3  光系统复合体的结构250
7.3  呼吸链复合体-Ⅰ.256
7.3.1  基本结构和能量偶联的一般机制256
7.3.2  关于复合体-Ⅰ的若干关键科学问题260
7.4  醌氧化酶驱动的质子泵267
7.4.1  醌氧化酶的一般机制267
7.4.2  关于质子泵浦的关键科学问题269
7.4.3  醌氧化酶复合体结构270
小结与随想272
习题及思考题.273
第八章  信号转导相关膜蛋白——GPCR274
8.1  GPCR信号通路274
8.1.1  GPCR蛋白的分类275
8.1.2  GPCR蛋白介导的信号通路275
8.1.3  GPCR蛋白的结构研究279
8.2  A类GPCR结构和共性结构元件280
8.2.1  GPCR蛋白的一般结构280
8.2.2  A类GPCR中的保守模体281
8.2.3  GPCR蛋白激活过程的简化模型283
8.3  “质子转移”激活机制.285
8.3.1  基态-激发态之间的结构差异.285
8.3.2  质子转移与激发变构287
8.3.3  保守模体在激发变构中的角色289
8.3.4  A类GPCR的共性激活机制291
8.4  GPCR激活过程的热力学分析292
小结与随想298
习题及思考题299
参考文献300
附录315
附录1  符号定义315
附录2  常用热力学常数及换算316
附录3  中英文对照表316
附录4  常用动力学基本公式317
结束语319
致谢320
第一版后记321