生命的化学基础——生物分子结构(诺贝尔奖百年鉴)

生命的化学基础——生物分子结构(诺贝尔奖百年鉴)
ISBN: 
7-5428-2691-3/N.434
出版日期: 
2001-12
开本: 
32开
页码: 
143
定价(元): 
8.00
作者: 
夏宗芗著
  

目录

1 引言/1
2 胆酸和胆固醇的启示/7
  胆酸、胆固醇与结构分析/7
  胆酸分子结构的推测/10
  胆固醇结构的研究/13
  曲折与反复/17
  重要的线索/20
  有益的启示/24
3 维持生命必需的化合物/29
  脚气病与诺贝尔奖/29
  两种重要的维生素/33
  “迟到”的荣誉/40
4 胰岛素的化学/49
  蛋白质及其一级结构/49
  桑格法测定氨基末端/53
  肽链的分离/56
  “填字谜”游戏/58
  二硫桥的测定/62
  蛋白质结构研究的重大突破/64
5 结构分析的新纪元/69
  X射线衍射分析法/69
  杰出的女晶体学家/72
  青霉素结构的测定/74
  X射线分析技术的伟大胜利/80
6 蛋白质的三维结构/87
  蛋白质三维结构的测定/87
  一对合作伙伴/89
  同晶置换法/92
  穿着“厚厚外衣”的肌红蛋白分子/94
  精益求精/98
  蛋白质晶体学的新纪元/103
7 显微影象三维重构技术/107
  传统方法的局限/107
  克卢格的突破/109
  烟草花叶病毒结构的测定/112
  染色质模型/116
  继承与创新/119
8 第一个膜蛋白结构/121
  “最不可能”完成的工作/121
  新的结晶策略/125
  结构测定/128
  “庐山真面目”/132
  崇高的荣誉/138
  迎接新时代/140
  本卷大事记/141

内容提要

        从20世纪初在有机化学界产生过重大影响的胆酸和胆固醇的结构测定和分析谈起,深入浅出地介绍了具有重要生物学意义的有机化合物分子和生物大分子结构研究的发展过程。本书集中介绍了这一领域的诺贝尔奖获得者所从事的研究工作和科学成就,其中包括桑格测定胰岛素的化学结构,霍奇金测定青霉素结构,佩鲁茨和肯德鲁测定肌红蛋白和血红蛋白的结构以及米歇尔等人测定光合反应中心的三维结构等等。通过这些介绍,读者不但能从中获得一些知识,而且能从这些科学家身上获得一些有益的启示,以更好地投入到各自的学习与工作中去。

前言

作者简介

精彩片段

        你可知道,世界上成千上万种不同的物质为什么会具有各不相同的性质和功能?这是由于构成它们的分子都具有各自独特的化学结构,而且那些分子中的原子在三维空间也按各自独特的方式排布,从而形成独特的三维结构。无机化合物分子如此,具有重要生物学意义的有机化合物分子和生物大分子更是如此,其结构真可谓变化万千、奥妙无穷。
        早在1869年,瑞典化学家布洛姆斯特兰德(C. W. Blomstrand)在他题为《当代化学》的书中就已经指出,测定原子在空间的分布是化学家的重要任务。一个多世纪以来,众多科学家为揭开这一微观世界之谜尽心竭力,而有机化合物分子和生物大分子的结构测定也成为化学和生命科学研究的重要内容之一。
        在早期,人们一般是用纯化学方法研究有机化合物中的原子是如何彼此成键的。这些方法主要是根据有机化合物的反应及其降解产物来推断化合物的结构,最后通过用简单的化合物合成被测定的化合物来加以验证。
        胆酸和胆固醇是人体内两种具有重要生物学功能的有机化合物,20世纪初,虽然有许多化学家对测定其化学结构感兴趣,但由于其结构相对比较复杂,被公认为是当时有机化学领域“最困难”的问题之一。德国两位著名科学家维兰德(H. Wieland)和温道斯(A. Windaus),为解决这一难题,经过二三十年的艰苦努力,主要通过氧化、降解等化学方法,测定了胆酸和胆固醇的化学结构,并对一类非常重要的化合物——甾族化合物的化学发展作出了重大贡献,他们两人也分别获得了1927年和1928年的诺贝尔化学奖。
        对于维生素这一类人体必不可少的有机小分子化合物,化学家们也主要是通过化学方法研究其化学结构的。通过结构测定,可以更加深入地研究维生素的化学性质和功能,为其人工合成和广泛应用奠定坚实的基础。正因为维生素研究对人类健康具有非常重要的意义,先后有多位科学家都因此荣获了诺贝尔奖。
        对于更大、更复杂的分子,特别是对于许多构成有生命的组织的一部分并参与生命过程的那些分子,经典的化学方法已不再适用,因此有必要从物理学领域中寻求帮助。此外,单纯利用化学方法得到的化合物结构,仅说明了哪些原子之间是相互成键的,而不能给出原子间的距离和键角的数值。然而,为了了解分子结构与功能之间的关系,这些数据又是非常有用的。要想测定这些数据,也只能利用物理技术。
        1912年,X射线晶体衍射效应的发现为人们研究三维微观世界打开了大门,德国物理学家劳厄(M. von Laue)也因此荣获了1914年的诺贝尔物理学奖。紧接着,英国科学家亨利·布拉格(W. H. Bragg)和劳伦斯·布拉格(L. Bragg)父子便建立了利用X射线衍射的方法测定晶体结构的理论基础和实验手段,奠定了晶体结构分析方法的基础,他们共同获得了1915年的诺贝尔物理学奖。此后,经过几十年的发展,化学家和生物学家充分应用这一物理学成果,测定了成千上万种无机化合物、有机化合物乃至蛋白质、核酸、病毒等生物大分子的三维结构,极大地推动了化学和生命科学的发展。
        虽然目前有机化合物的X射线衍射晶体结构分析已成为常规分析手段,但在20世纪40年代,由于相关的分析方法和分析技术还很不成熟,要用X射线衍射法来测定晶体结构,科学家还必须具备渊博的知识、高超的智慧和丰富的想象力。英国著名晶体学家霍奇金(D. C. Hodgkin),作为一位在晶体结构分析领域非常具有开拓精神的女科学家,先后测定了许多在生物化学和医学上具有重要意义的有机化合物的结构,如青霉素和维生素B12等。尤其值得一提的是,有多种X射线衍射晶体结构分析的方法都是由她率先在实际工作中得到应用的,从而极大推动了X射线衍射分析技术的应用与发展。
        随着X射线衍射分析技术的日益成熟,其应用范围也越来越广,并很快拓展到了一个非常重要的领域——生物大分子三维结构的测定。我们知道,生物大分子的功能是由它们的三维结构所决定的,因此测定它们的三维结构并研究其结构与功能的关系是现代生命科学最重要的内容之一,并形成了新兴的结构生物学,而X射线衍射法迄今仍是研究蛋白质的三维结构及其与功能关系的最主要的手段之一。

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