蛋白质晶体学与药物发现

本书为编写团队多年蛋白质研究工作的总结与数理，系统阐述了蛋白质晶体学研究的原理和方法，包括蛋白质纯化、培养蛋白质晶体、X射线衍射实验、数据处理和结构解析等方面内容，同时还详细介绍了蛋白质晶体学在药物研究中的应用，具有很强指导性和适用性强。 本书不仅可以为蛋白质晶体学的初学者提供参考，让其快速了解蛋白质晶体学的研究方法和原理，同时也可以为从事药物设计的学者在利用蛋白质晶体学研究药物与蛋白相互作用时提供有力支撑。

第1章　蛋白质晶体学的重要性 001
1.1　什么是蛋白质晶体学 002
1.2　蛋白质晶体学的原理 003
1.3　蛋白质晶体学的意义 004
1.3.1　蛋白质生物功能挖掘的主要方法 004
1.3.2　靶向药物研究的基础 005
1.4　蛋白质结构的研究方法 012
1.4.1　X射线晶体衍射法 012
1.4.2　冷冻电镜法 012
1.4.3　核磁共振波谱法 012
1.4.4　同源建模 014
1.4.5　AlphaFold 015
参考文献 015

第2章　蛋白质表达质粒的构建 017
2.1　表达质粒介绍 018
2.1.1　表达质粒的概念及其分类 018
2.1.2　表达质粒的图谱解析 019
2.2　表达质粒构建 021
2.2.1　表达载体的选择 021
2.2.2　目的基因的获取 022
2.2.3　质粒的构建方法 023
2.3　质粒纯化和转化 026
2.3.1　质粒的纯化 026
2.3.2　质粒的转化 027
参考文献 028

第3章　蛋白质的表达与纯化 029
3.1　蛋白表达系统 030
3.1.1　原核表达系统 030
3.1.2　真核表达系统 031
3.1.3　四种表达系统的对比 036
3.2　蛋白质纯化的方法与原理 036
3.2.1　亲和层析技术 037
3.2.2　分子排阻色谱法 041
3.2.3　离子交换色谱技术 041
3.3　蛋白质浓度测定 042
3.3.1　UV法测定蛋白质浓度 042
3.3.2　BCA法测定蛋白质浓度 043
3.3.3　Bradford法测定蛋白质浓度 043
参考文献 044

第4章　蛋白质晶体的培养 046
4.1　什么是蛋白质晶体 047
4.2　蛋白质晶体形成的原理 048
4.3　蛋白质晶体培养的方法 050
4.4　蛋白质晶体形成的影响因素及条件筛选 052
4.4.1　蛋白质晶体形成的影响因素 052
4.4.2　蛋白质晶体培养的条件筛选及优化方法 053
4.5　蛋白质晶体的捞取和冷冻保存 055
4.5.1　蛋白质晶体的捞取 055
4.5.2　蛋白质晶体的冷冻保存 056
4.6　蛋白质晶体的运输 058
参考文献 059

第5章　X射线衍射的原理 060
5.1　什么是X射线 061
5.2　怎么产生X射线 062
5.3　蛋白质晶体学为什么需要X射线 064
5.4　X衍射的产生 065
5.5　同步辐射光源 066
参考文献 068

第6章　蛋白质晶体几何学基础 069
6.1　蛋白质晶系 070
6.1.1　蛋白质晶体的组成 070
6.1.2　蛋白质晶系类型 071
6.2　蛋白质晶体的对称性 075
6.3　蛋白质晶体的空间群 079
6.4　国际晶体学空间群表 083
6.4.1　对称操作方向 083
6.4.2　空间群P1 083
6.4.3　空间群P21 085
6.4.4　空间群C2 086
6.4.5　空间群P21 21 2 087
6.4.6　空间群P21 21 21 088
6.4.7　空间群C2 2 21 090
6.4.8　空间群I21 21 21 092
6.5　蛋白质晶体的衍射基础 095
6.5.1　蛋白质晶体发生X衍射的条件 095
6.5.2　晶格平面与衍射图案之间的关系 101
6.6　蛋白质晶体数据的分辨率 105
参考文献 107

第7章　蛋白质晶体的数据收集 109
7.1　同步辐射光源线站 110
7.2　蛋白质晶体的上样 110
7.3　收集参数设置与数据收集 111
7.3.1　样品与检测器的距离 112
7.3.2　曝光时间 112
7.3.3　旋转角度 113
7.3.4　检测限和检测饱和 114
7.3.5　光斑大小 115
7.3.6　辐射损伤 116
7.3.7　波长 117
7.3.8　数据收集 117
7.4　衍射图案包含的信息 118
参考文献 120

第8章　蛋白质晶体结构解析 121
8.1　数据质量分析 122
8.1.1　蛋白质晶体可能存在的缺陷 122
8.1.2　数据质量相关的常见概念 127
8.2　原始数据处理 129
8.2.1　数据检索 130
8.2.2　数据整合 134
8.2.3　数据合并和简化 135
8.2.4　数据质量判断 137
8.3　相位的确定 138
8.3.1　相位问题 138
8.3.2　解决相位的方法 140
8.4　电子云密度图 143
8.4.1　差异密度图 143
8.4.2　帕特森图 144
8.5　模型构建及优化 145
8.5.1　模型的建立 145
8.5.2　结构的修正和优化 146
8.6　结构上传 148
8.6.1　Deposition ID申请 148
8.6.2　文件上传 149
8.6.3　文件处理及总结 149
8.6.4　完善信息 149
8.6.5　数据收集及优化统计表 150
8.7　结构解析案例 151
8.7.1　常见的分子置换 151
8.7.2　数据存在tNCS的处理方式 153
8.7.3　用AlphaFold协助结构解析 155
参考文献 156

第9章　蛋白质晶体学软件介绍 158
9.1　数据处理软件 159
9.1.1　HKL2000 159
9.1.2　XDS 160
9.1.3　CCP4 161
9.1.4　Phenix 161
9.2　数据质量分析软件 162
9.2.1　Xtriage 162
9.2.2　AIMLESS 165
9.3　分子置换软件 165
9.3.1　Phaser 165
9.3.2　Molrep 166
9.4　优化软件 167
9.5　修正软件 167
参考文献 168

第10章　靶向药物的筛选方法 169
10.1　药物与蛋白质相互作用大小的表示方式 170
10.2　药物与蛋白质相互作用研究方法 172
10.2.1　酶活测试方法 172
10.2.2　表面等离子体共振 173
10.2.3　生物膜干涉技术 174
10.2.4　微量热泳动技术 176
10.2.5　荧光偏振实验 177
10.2.6　荧光共振能量转移 180
10.2.7　等温滴定量热法 182
10.2.8　Pull-down实验 183
10.2.9　LC/MS实验 183
10.2.10　核磁共振波谱 185
10.2.11　蛋白质晶体学方法 185
参考文献 187

第11章　蛋白质晶体学在药物发现中的应用 189
11.1　药物和蛋白质复合物晶体的培养 190
11.1.1　共孵育 190
11.1.2　浸泡 190
11.2　药物的确认和结构的构建 191
11.2.1　药物的确认 191
11.2.2　药物结构的构建 191
11.3　蛋白质晶体结构在药物筛选中的应用 192
11.3.1　虚拟筛选 192
11.3.2　从头药物设计 192
11.3.3　结构修饰改造 192
参考文献 194

张寿德，男，1984年生，青海大学三江源生态与高原农牧业国家重点实验室/青海大学医学院药学系教授，2012年博士毕业于上海交通大学，专业为药学，2014-2016年在瑞典卡罗林斯卡医学院完成博士后研究，主要从事蛋白质晶体学研究，具有丰富的交叉学科研究经历，主持过2两项国家自然基金项目，发表过30余篇SCI论文，目前为青海大学生物医药方向博士生导师，主要从事药物分子与靶标蛋白的相互作用研究，同时为药学专业和中药学专业本科、研究生授《药物分析》《新药研究思路与方法》《高等天然药物》《计算机辅助药物设计》等课程。

1.源于基础，融于交叉 本书主要内容所介绍的蛋白质晶体研究是认知生命科学的基础，涵盖了生物、物理、数学、计算机、药学等基础学科； 2.具有鲜明的学术性与原创性 本书将蛋白质晶体学有机融入基础药物的发现，学术价值较高； 3.内容丰富，适用性强 本书内容凝聚了作者团队多年研究成果的总结，内容可靠性高。 4.四色彩印，更好的还原了图中相关彩图的表现形式。

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