Chemical Modification of Biological Polymers

索书号：Q71/L962/2019/Y

ISBN：9780367382414

藏书地点：武大外教中心

做生物机制研究时，人们通常会关注基因、蛋白或代谢物的变化。其中，蛋白是生命活动的直接执行者，并且蛋白还能反过来调控基因的表达，因此我们常常会对蛋白进行深入研究。基因数量是有限的，但蛋白种类是多样的，从基因到蛋白的过程中，是否存在某些调控机制呢？除此之外，我们在做蛋白组和转录组关联分析时，会发现它们之间相关性较低。通常人们会利用itraq等常规技术对蛋白进行定性定量的研究。但是常规的蛋白技术会有局限性——研究对象不够精确。为什么会这么说呢？因为前体蛋白是没有活性的，需要通过翻译后修饰(Protein post-translational modification，PTM)，经过正确表达、剪切、折叠后所经历的共价加工过程，而后才会成为具有相应生理功能的成熟蛋白。因此，平时我们检测的总蛋白不一定能够代表实际上全部蛋白的功能，许多蛋白往往是经历磷酸化等修饰后才能行使功能。蛋白质的翻译后修饰实际上是对蛋白质进行共价加工的过程，通过在一个或几个氨基酸残基上加上官能基团或通过蛋白质水解剪切，从而改变蛋白质的性质。

除了对前体蛋白赋予想要的功能之外，蛋白质功能的多样性也是通过翻译后修饰产生的，在生命体中具有非常重要的意义，通过翻译后修饰，可以爆炸式地增加蛋白质的类型，赋予生命过程更多的复杂性。

除此之外，这种修饰改变了蛋白质的结构/功能关系，影响了蛋白质复合物的形成、酶催化和其他生物分子的相互作用，使得蛋白质的功能更加完善，调节更为精细。据研究表明，在真核生物体内存在400余种蛋白质翻译后修饰类型，那么，对蛋白的翻译后修饰进行研究就很有必要了。

前体蛋白加工的类型是多种多样的，一般分为以下几种：N-端fMet或Met的切除、二硫键的形成、化学修饰和剪切。当合成蛋白质时，20种不同的氨基酸会组合成为蛋白质。再者，酶可以从蛋白质的N末端移除氨基酸，或从中间将肽链剪开。举例来说，胰岛素是肽的激素，它会在建立双硫键后被剪开两次，并在链的中间移走多肽前体，而形成的蛋白质包含了两条以双硫键连接的多肽链。其他修饰，就像磷酸化，是控制蛋白质活动机制的一部份。蛋白质活动可以是令酶活性化或钝化。

蛋白质的PTMs通常是在酶的催化作用下，将相应的小分子基团共价结合到蛋白质的某些氨基酸残基上，也有一些具有活性的代谢产物可在无酶参与下与蛋白质分子上的亲核残基共价结合。蛋白质的PTMs方式极其多样，目前已确定的超过400种，以磷酸化、泛素化、甲基化、乙酰化、SUMO(small ubiquitin-related modifier)化、糖基化等较为常见，它们的修饰位点多位于赖氨酸、丝氨酸、苏氨酸、精氨酸和酪氨酸等氨基酸残基上。研究表明，蛋白质PTMs的功能多样，与肿瘤、神经系统疾病、免疫性疾病、心血管疾病等诸多疾病的发生和发展密切相关。

核酸的多样化功能正在逐渐被揭示出来，从核酶的催化功能，适配体特异性结合靶分子，到小RNA分子对于基因的干扰和调控，4种碱基和核糖-磷酸单元骨架借助多样化的高级结构展现出的化学活性和生物活性远非我们现在的认识水平，或许还有更多的功能等待开发出来。从这些天然和非天然功能核酸的结构和机制研究中，碱基替换和消除作为最常用的研究方法，使我们认识到碱基以平面堆积、静电作用、络合作用、氢键，尤其是广义酸碱的方式参与功能结构域的形成和化学反应。自然选择和人工筛选的功能核酸都具有高度的序列保守性，但从10-23脱氧核酶的功能基修饰获得了能提高催化反应速率的修饰位点和先导结构。因此，基于功能基水平的化学修饰，让我们看到了优化功能核酸的可能性,为更好地发挥功能核酸在研究工具和治疗药物方面的潜力带来了希望。

多糖类是生物体内除蛋白质和核酸外又一类重要的生物大分子，具有抗感染、免疫促进、肿瘤防治、病毒性肝炎、类风湿症、艾滋病等免疫损伤或免疫缺损症和抗氧化等多方面功能和生物活性。具有生物学功能的多糖又被称为“生物应答效应物”(biological response modifier, BRM)或活性多糖。影响多糖生物学活性的结构因素包括多糖的主链性质、支链性质和多糖分子的高级结构，其中多糖主链的糖单元组成、糖苷键类型均直接决定多糖的活性，多糖支链的类型、聚合度、支链在多糖链上的分布及其取代度决定了多糖的活性大小，多糖分子的高级结构如链的柔韧性和空间构像与多糖的活性紧密相关。为提高多糖的生物活性，多糖的分子修饰和结构改造具有重要意义。近年来，有关多糖的分子修饰研究已大有进展。利用糖残基上的羟基、羧基、氨基等基团运用化学方法进行修饰，有可能提高多糖的活性。修饰的方法很多，有硫酸化、羧甲基化、硒化、甲基化、氧化、部分水解、磷酸酯化、双基团衍生化等。

《生物聚合物的化学修饰》一书于2019年由CRC Press出版社出版，作者是Roger L. Lundblad。本书涵盖了经典生物化学以及蛋白质组学和基因组学，并详细介绍了常用的生物化学物质，实验室溶剂和试剂的特性，以及各种化学试剂的使用。本书还介绍了生物聚合物化学修饰的现状以及该技术在生物技术中的应用，这些技术对于药物传递中使用的结合蛋白的制造、核酸微阵列的制备、水凝胶和其他组织工程材料的制备都很重要。

本书作为研究生物聚合物的化学修饰的专业书记，内容专业详实，语言浅显易懂，除此之外还有以下特点：

1、本书不仅介绍了蛋白质、核酸、寡糖、多糖的基本有机化学修饰及其应用，还详细介绍了研究方法和技术，使读者能够更加全面的了解生物聚合物的化学修饰。

2、索引文献丰富，证明了这本书的知识性，真实性。而且，这些索引文献绝大部分都是最新研究，让读者全面了解该领域的前沿进展。

3、在本书的最后，将出现的专业词汇都罗列出来，大大方便了大家在阅读过程中对生物聚合物的化学修饰相关研究专业术语的认知。

4、本书最鲜明的特点就是语言浅显易懂，对于初学者有很大的帮助。

本书目录

1. 生物聚合物中的官能团和控制反应活性的因素

2. 蛋白质中氨基的修饰

3. 蛋白质中羟基和羧基的修饰

4. 杂环氨基酸：组氨酸和色氨酸的修饰

5. 蛋白质中含硫基团的修饰

6. 核酸的化学修饰

7. 多糖的化学修饰

兰天武汉大学生命科学学院博士研究生