Structural Biology of Membranes
作者：Sumit Tripati& Maninder Singh
出版社：Westbury Publishing
索书号：Q241/T835/2020/Y
ISBN：9781913229306
藏书地点：武大外教中心
细胞是生命的基本结构与功能单位。细胞的外周膜(质膜)与细胞内的膜系统（如线粒体膜，叶绿体膜，内质网膜，高尔基体膜，核膜等）统称为生物膜、细胞的能量转换、信息识别与传递、物质运送等基本生命过程都与生物膜密切相关、生物膜是由脂类、蛋白质以及糖等组成的超分子体系。膜蛋白是生物膜功能的主要体现者，膜脂除了具有对膜结构的支撑作用外，近年来的研究表明，它们还与信号传递等功能有密切的联系。
生物膜膜蛋白可分为外周膜蛋白和内在膜蛋白。后者约占整个膜蛋白的7%~80%。它们部分或全部嵌入膜内，有的则跨膜分布，如受体，通道，离子泵，膜孔(pore)，运载体(ranspoter) 以及各种膜酶等。要深入了解膜蛋白的功能必须解析它们的三维结构、整个真核细胞内所含的蛋白质中，据估计，1/4~1/3 为内在膜蛋白。人类基因组研究的初步结果表明，在全长约30亿碱基对中只有30 00~40000基因能编码并表达为蛋白质。据估计，其中内在膜蛋白也差不多占1/4~1/3。其他模式生物的基因组所表达的蛋白质中，内在膜蛋白也占相似比例，总之，内在膜蛋白三维结构的解析，无论对整个细胞重要功能的深入探索，还是从后基因组研究考虑都是十分重要的。此外，内在膜蛋白三维结构的解析也有很明显的应用前景，与医、药的关系尤为密切。有人估计，50%的受体和通道可能是药物的靶标，内在膜蛋白的异常与一些遗传病(如囊性纤维变性Cystie fibrosis)、癌症、甚至神经退行性疾病(如老年痴呆症，帕金森氏症)等都有关，因此内在膜蛋白三维结构的解析无疑对新药的发现、设计、筛选都有很大的作用，但是，与水溶性蛋白质相比较，内在膜蛋白的研究明显滞后。这主要由于: a.内在膜蛋白含量很低，一般为微克数量级，应用基因工程方法来大量表达也存在着很多困难; b.内在膜蛋白的分离、纯化也有很大的难度，只有用较剧烈的条件(如，去垢剂，有机溶剂，超声波等)才能将它们溶解下来，分离后一旦将去垢剂或有机溶剂除去，很容易凝聚为不溶性物质; c.内在膜蛋白晶体生长十分困难，无论二维还是三维晶体都很不容易长成，尤其是三维，这是因为三维晶体的形成与生长主要靠亲水亲水相互作用，而内在膜蛋白在天然膜中主要依靠疏水疏水相互作用来维持。
综上所述，与水溶性蛋白质相比较，内在膜蛋白三维结构的解析情况远远滞后，到1997年为止，蛋白质(不包括蛋白质核酸复合物和其他生物大分子)三维结构已得到的高分辨率解析结果累计已达6 000多种，其中内在膜蛋白仅有20种左右，只占0.3%。2002 年底蛋白质和内在膜蛋白这二组数字分别增加至17500种与70种。虽然内在膜蛋白仍只占0.4%，但就其本身来说02年内高分辨率内在膜蛋白的解析数目已增加了两倍多，而且值得注意的是，通道、受体、运载体、Ca2+泵等重要内在膜蛋白的高分辨三维结构解析成功，都是在1997年以后才开始获得的。
生物膜膜脂主要分3类:甘油磷脂(glycerophospholipids)，(神经) 鞘脂(sphingolipid)以及胆固醇(cholesterol)。甘油磷脂占膜脂大多数，对它们的研究比较多。甘油磷脂由亲水和疏水两部分组成，是由甘油衍生而来，如磷脂酰胆碱，磷脂酰乙醇胺等等，过去认为这些分子对生物膜起着支撑作用，是生物膜的骨架，但是，愈来愈多的研究结果表明，它们在信号转导过程中还有重要作用，如磷脂酰肌醇(PI)的衍生物——PIP， PIP2， IP3， 甘油二酯(diglyceride，DG )磷脂酸( phosphatidic acid, PA)，溶血磷脂酸(ly sophosphatidic
acid)等，它们都是信号分子。
膜脂中还有一类称为(神经)鞘脂(sphingolipids)，它们的含量低于甘油脂。鞘脂与甘油脂在结构上的相似之处在于均含一个极性基团和二个疏水尾部，但鞘脂中以鞘氨醇(sphingosine)替代了甘油脂中的甘油。鞘脂的基本组成由鞘氨醇和一分子含长烃链的脂肪酸与其氨基键合形成的酰胺。最简单的鞘脂为神经酰胺(ceramide)。 如果以磷酸胆碱取代H即为鞘磷脂(sphingomyelin)，它与甘油脂的磷脂酰胆碱很相似，如果以葡萄糖或乳糖残基取代ceramide中的H，即为脑苷(cerebrosides)， 如以复杂的寡糖残基取代ceramide中的H，即为神经节苷脂，如GM1，GM2，GMs等。长期以来对鞘脂的研究比较少，认为它们属于不具有生物活性的物质，但近年来的研究表明，这一概念是不确切的。实际上，神经酰胺，鞘氨醇-1-磷酸都是信号分子，而且鞘脂还参与了细胞的很多重要过程，如信号转导，膜的运输(membrane tafficking)，离子通道的调节，膜的粘连(membrane adhesion)等等，有学者发现神经节苷脂GM3和GM1对肌浆网膜Ca-ATP酶(SR Ca2+-ATP酶)的构象和活性有调节作用，前者对酶活有激活作用，后者则有抑制效应。很多报道还表明，鞘脂与细胞的生长、分化、衰老、凋亡以及应激反应等都有密切关系，也与肿瘤、糖尿病、神经退行性疾病(如老年痴呆症，帕金森氏症等)的发生有关联，当前对鞘脂的研究已经发展成为一个非常活跃而且还具有很大潜力的领域。
《生物膜的结构生物学》一书于2020年由Westbury Publishing出版社出版，作者是Sumit Tripati和Maninder Singh。生物膜使生命得以存在，它们形成细胞，使有机体的内部和外部能够分离，通过它们的选择性渗透控制物质进出。此外，生物膜通过发送、接收和产生化学和电信号形式的信息来控制细胞之间的信息流动。本书对生物膜结构的研究进展进行了全面的概要，每个章节都对其主题进行了介绍和详细的讨论，为研究人员提供了理论参考。
本书作为研究生物膜结构生物学的专业书记，内容专业详实，语言浅显易懂，除此之外还有以下特点：
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本书目录
1. 生物学介绍
2. 膜蛋白的结构生物学
3. 细胞膜的渗透性结构
4. 膜结合酶
5. 主动转运蛋白
6. 脂质结构和蛋白质
7. 单价离子通道
8. 能量代谢
兰天 武汉大学生命科学学院 博士研究生