Mechanisms of Primary Energy Transduction in Biology
出版：royal society of chemistry
ISBN: 978-1-78262-865-1
藏书地点：武大外教中心
质子泵NADH：泛素氧化还原酶(呼吸复合物I)是一种非常大和复杂的膜蛋白复合物，在有氧能量代谢中起关键作用。复杂的功能障碍导致许多遗传性和退行性疾病。该酶复合物由14个中心亚基组成，从细菌到人类都是保守的；在真核生物的复合物I中发现通常有约30个附加亚基。复合物I的结构是通过X射线晶体学和电子显微镜确定的。中心亚基具有不同的功能区块，如NADH氧化、泛素还原和质子泵。呼吸复合物I (NADH:泛素氧化还原酶)是一种氧化还原驱动的质子泵，为三磷酸腺苷(ATP)的合成和大多数生物的活性运输提供动力。这个巨大的酶在其亲水结构域将醌(Q)还原为醌醇(QH2)，并将释放的自由能转化为质子泵来进行跨膜运输。电子转移和质子转位在空间上被分离，泛素还原位点位于酶复合物的亲水外周臂。功能研究、结构测定和计算方法极大地提高了我们对呼吸复合物中氧化还原相关质子转运的理解。然而，分子的细节结构甚至耦合机制的基本问题仍然没有解决或推测。本文综述了现有力学模型的结构基础。
呼吸复合物I (NADH：泛素氧化还原酶)在细胞能量产生中起着核心作用，有助于产生ATP的质子动力。它耦合两个电子在NADH和醌之间的转移，从而使四个质子跨膜移位。它是细菌和线粒体呼吸链中最大的蛋白质组装体，在哺乳动物中由多达45个亚基组成，总分子量为大约1 MDa。细菌酶的大小约为复合体I的一半，这为复合体I提供了重要的“最小”模型。l型复合体由一个发生电子转移的亲水臂和一个发生质子转位的膜臂组成。核心亚基在细菌中保存得很好，而多余的亚基在核心周围形成一个相互连接、稳定的外壳。含有其他辅助因子的亚基（包括锌离子、NADPH和磷酸泛酰巯基乙胺）可能具有调控作用。线粒体复合物l功能障碍与许多人类神经退行性疾病有关。哺乳动物酶的结构为复杂的机制、装配、成熟和功能障碍提供了许多见解，允许对致病突变进行详细的分子分析。
膜结合的烟酰胺核苷酸转氢酶是维持哺乳动物细胞和许多细菌代谢平衡的关键酶。这种酶存在于真核细胞的线粒体内膜或细菌的细胞质膜中。在正常生理条件下，转氢酶利用质子动力驱动氢化物从NADH向NADP+转移，产生NADPH。在其他功能中，NADPH对于细胞防御活性氧是至关重要的。编码转氢酶的Nnt基因突变最严重的人患有家族性糖皮质激素缺乏症。
Na+-translocating NADH：醌氧化还原酶(Na+-NQR是一种独特的原核呼吸酶，它将NADH的氧化和醌的还原耦合到Nat的选择性泵过细胞膜。Na+-NQR在海洋细菌和致病菌的能量学中起着关键作用，它作为呼吸链的入口。Na+-NQR是唯一一种产生Na+梯度的呼吸酶。通过细胞运输营养物质，分泌毒素和抗生素，并维持离子稳态。作者从其氧化还原辅助因子和底物、电子转移反应、Na+易位和这两个反应之间的耦合等方面综述了Na+-NQR的独特性质。
细胞色素c氧化酶(CcO)是一种聚合质子泵，吸引了生物能量界40多年。作为呼吸链的末端酶，CcO催化氧分子还原为水，同时旋转穿过线粒体或细菌膜，产生跨膜质子辐射，这对ATP的合成至关重要。细胞色素c氧化酶(CcO)催化核心中最保守的两个亚基是l亚基和III亚基。本书详细介绍了其难以捉摸的功能的破译进展，包括其在调节CcO活性的pH依赖性、CcO失活、提高质子泵送效率、增强质子回流、提供天线残基供质子吸收，促进氧气进入。
ATP合酶，又称F-ATP酶或F1Fo -ATP酶，是在真细菌、叶绿体和线粒体的能量传递膜中发现的多亚基酶复合物。在有氧条件下，它们利用呼吸或光合作用产生的质子动力Δp作为能量来源，将ADP和磷酸盐转化为ATP。不同来源的ATP合酶有许多共同的保守结构特征和机械相似性，所有的酶都通过一个旋转机构运作，其中一个转子由跨膜质子动力驱动，传递能量，机械地进入催化位点，以驱动底物的结合，以及ATP的形成和释放。然而，随着对广泛物种来源的酶的研究，不同来源的酶显示出显著的差异，最显著的是制造每个ATP分子的能量成本，以及调节酶活性的方式。
《生物学中初级能量转导机制》一书于2018年由royal society of chemistry出版，作者为Mårten Wikström。
《生物学中初级能量转导机制》一书，作者展现了能量转换领域中的一些最新研究，讨论的主题主要包括呼吸复合物I的结构与功能，耦合转移到质子泵的氢化物——转氢酶的旋转机制，泛素氧化还原酶(Na+-NQR)，bc1复合体及细胞色素bc的机制和生理研究进展，评估细胞色素c氧化酶(复合物IV)质子泵的计算方法，线粒体中的呼吸超复合体，ATP合酶的结构、机制和调控。
《生物学中初级能量转导机制》是生物学实验室不可或缺的工具用书，适用于生物化学与分子生物学、细胞生物学等相关专业的高年级本科生、研究生，也可作为教师的教学和科研参考书，亦可供生物医学、药理学、免疫学及相关领域的研究人员参考。
《生物学中初级能量转导机制》一书作为生物化学和分子生物学专业研究读物，内容饱满详实、语言浅显易懂，除此之外，还包括一些其他的特点：
1. 这本书描述了生命过程中初级能量转换的事件，涉及众多的热点的问题，介绍了包括呼吸链中涉及到的几种重要的酶类复合物，如呼吸复合物I (NADH：泛素氧化还原酶)、膜结合的烟酰胺核苷酸转氢酶、Na+-translocating NADH：醌氧化还原酶、细胞色素c氧化酶(CcO)以及ATP合酶等相关结构与功能，内容全面充实，读者能够从本书了解呼吸链中能量转导的相关内容。
2.本书汇集了相关领域的权威的专家，保证了本书的专业性和权威性。
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总的说来，《生物学中初级能量转导机制》一书为想要了解细胞内呼吸链中能量转导机制的人员提供了清晰的导读路径，作为生物化学领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。
本书目录：
第1章 设计生物能量学的结构初步模型
Christopher
C. Moser, Nathan M. Ennist, Joshua A. Mancini and P. L. Dutton
第2章 呼吸复合体I的结构:“最小”细菌和“高级”哺乳动物版本
Leonid
A. Sazanov
第3章 呼吸复合物I的结构与功能
Volker
Zickermann
第4章 呼吸复合体I的多尺度分子模拟
Ville
R. I. Kaila
第5章 耦合转移到质子泵的氢化物：转氢酶的旋转机制
Sangjin
Hong, Josephine H. Leung, Chang Sun, Paween Mahinthichichan, Lici
Schurig-Briccio, Pius S. Padyatti and Robert B. Gennis
第6章 Na+-转运NADH：泛素氧化还原酶(Na+-NQR)
Katherine
Mezic, Masatoshi Murai, Hideto Miyoshi and Blanca Barquera
第7章 bc1复合体：物理化学回顾和原子论的展望
Antony
R. Crofts, Charles A. Wilson, Stuart W. Rose, Sergei A. Dikanov and Rodney L.
Burton
第8章 细胞色素bc的机制和生理研究进展
Arkadiusz
Borek, Robert Ekiert and Artur Osyczka
第9章 细胞色素c氧化酶的生与死：亚基III对D通路、质子回流和自杀失活的影响
Shelagh
Ferguson-Miller and Jonathan Hosler
第10章 评估细胞色素c氧化酶(复合物IV)质子泵的计算方法
Jessica
M. J. Swanson
第11章 PSII的水氧化：量子化学方法
Per
E. M. Siegbahn
第12章 线粒体中的呼吸超复合体
Giorgio
Lenaz, Gaia Tioli, Anna Ida Falasca and Maria Luisa Genova
第13章 ATP合酶的结构、机制和调控
John
E. Walker
主题索引
胡萌欣 武汉大学生命科学学院 博士