本书为“磷科学前沿与技术丛书”分册之一。本书从生命磷化学角度对含磷生物分子的结构和功能以及所参与的生物化学过程进行了系统的总结，介绍了近年来生命科学领域的重要突破和进展。内容包括磷元素与生命调控过程的关系，核酸、核酸适配体及基因编辑技术，蛋白质磷酸化修饰在神经退行性疾病、真核基因转录延伸调控、细胞程序性坏死过程中的作用机制，磷酸化蛋白富集技术与应用，生命体中多聚磷酸盐代谢与功能，生命过程中存在的典型高配位磷中间体机制等，系统展示了磷元素在生命过程中发挥的关键作用。适合从事化学、生命科学、药学研发及相关专业的科技人员、大专院校师生参考。
1 磷元素与生命调控过程 001
1.1 引言 002
1.2 磷元素的发现 006
1.3 磷元素与生命过程密切相关 010
1.3.1 DNA双螺旋结构 011
1.3.2 磷元素的不可替代性 012
1.3.3 植物光合磷酸化过程 014
1.4 磷元素与能量代谢 015
1.4.1 能量代谢过程的高能磷分子 015
1.4.2 ATP新生物功能的发现 019
1.4.3 NAD+/NADH氧化-还原过程 020
1.4.4 磷元素与氨基酸代谢 020
1.5 磷脂的化学结构与功能 022
1.6 核酸的结构、合成与水解过程 024
1.7 生命体系中的P—N化学键结构 027
1.8 磷酰基转移过程机理 030
1.9 蛋白质的生物合成 032
1.10 蛋白翻译后修饰 033
1.10.1 蛋白可逆磷酸化修饰 034
1.10.2 微生物双组分系统中磷酸化调控机制 037
1.10.3 蛋白 ADP 核糖基化修饰 039
1.11 磷元素与疾病发生和治疗药物开发 043
1.12 小结 044
参考文献 045
2 磷与核酸 053
2.1 核酸的组成与结构 054
2.1.1 核酸的结构特征与分离 054
2.1.2 核酸中磷元素的化学性质 063
2.2 核酸磷酸骨架的化学修饰及其应用 064
2.2.1 核酸磷酸二酯键的稳定性 064
2.2.2 核酸磷酸骨架的人工化学修饰 065
2.2.3 DNA磷酸骨架的天然化学修饰 071
2.3 核酸碱基及糖环的化学修饰及其应用 071
2.4 G-四链核酸及其配体分子设计 074
2.4.1 G-四链核酸 074
2.4.2 G-四链RNA 077
2.4.3 G-四链核酸的配体分子设计 082
2.5 小结 085
参考文献 085
3 基于核酸的适配体和基因编辑技术 093
3.1 核酸适配体及其在疾病诊断中的应用 094
3.1.1 核酸适配体 094
3.1.2 疾病诊断中的应用 095
3.2 DNA修复与编辑 098
3.2.1 DNA 修复过程的磷化学机制 098
3.2.2 DNA 编辑过程的磷化学调控机制 106
3.3 小结 110
参考文献 110
4 蛋白质的O-磷酸化修饰 117
4.1 引言 118
4.2 O-磷酸化与神经退行性疾病 119
4.2.1 O-磷酸化和阿尔茨海默病相关的Tau蛋白 120
4.2.2 O-磷酸化和阿尔茨海默病相关的β-淀粉样蛋白 123
4.2.3 O-磷酸化和帕金森病相关的α-核突触蛋白 127
4.2.4 O-磷酸化和肌萎缩侧索硬化症相关的TDP-43 131
4.3 小结 133
参考文献 133
5 磷酸化修饰与真核基因转录延伸调控过程 137
5.1 磷酸化修饰与真核基因转录循环过程 139
5.1.1 RNA聚合酶的组成和功能 139
5.1.2 CTD的特殊结构 145
5.1.3 CTD的磷酸化修饰 147
5.1.4 CTD的去磷酸化 150
5.2 正性转录延伸因子P-TEFb的结构和功能 156
5.3 正性转录延伸因子P-TEFb的活性和调控 158
5.3.1 非活性状态复合物——7SK snRNP 159
5.3.2 HIV-1基因转录调控 162
5.3.3 激酶活性状态复合物——SEC 163
5.3.4 激酶活性状态复合物——BEC 165
5.4 小结 166
参考文献 168
6 磷酸化修饰与细胞程序性坏死 177
6.1 激酶RIPK3 178
6.1.1 激酶RIPK3的发现 178
6.1.2 RIPK3的C端同源结构域——RHIM结构域 179
6.1.3 Ripk3基因敲除的小鼠 179
6.2 细胞程序性坏死 180
6.2.1 细胞程序性坏死现象 180
6.2.2 RIPK1激酶活性抑制剂的发现 181
6.3 细胞程序性坏死的开关分子——RIPK3激酶 182
6.3.1 RIPK3激活细胞程序性坏死的现象 182
6.3.2 RIPK3介导细胞程序性坏死的机制 182
6.3.3 RIPK3激酶底物的发现 184
6.4 RIPK3与凋亡信号间的互作机制 185
6.4.1 caspase-8限制细胞程序性坏死的发生 185
6.4.2 RIPK3抑制细胞程序性凋亡信号的机制 186
6.4.3 RIPK1参与RIPK3对凋亡信号的抑制 187
6.4.4 激酶RSK是参与RIPK3对凋亡抑制的关键分子 188
6.5 RIPK3-RIPK1为核心的纤维状结构 189
6.6 RIPK3介导细胞坏死的生物学功能 191
6.6.1 RIPK3介导的细胞坏死与抗病毒免疫 191
6.6.2 RIPK3与炎症型疾病密切相关 193
6.7 总结和展望 194
参考文献 195
7 蛋白质磷酸化选择性富集方法 201
7.1 蛋白质磷酸化概述 202
7.2 蛋白质磷酸化选择性富集方法 207
7.2.1 亲和富集法 208
7.2.2 固定化金属离子亲和色谱法 213
7.2.3 金属氧化物亲和色谱法 218
7.2.4 智能聚合物 221
7.2.5 离子交换色谱法 224
7.2.6 亲水相互作用色谱法 227
7.2.7 化学修饰法 228
7.2.8 金属磷酸化盐沉淀 231
7.2.9 Phos-Tag标签 232
7.2.10 其他富集方法 234
7.3 磷酸化肽富集方法的优化和改进 234
7.3.1 富集材料设计的改进 235
7.3.2 富集方式的改进 235
7.3.3 富集特异性的改进 236
7.3.4 时空分辨的磷酸化研究 237
7.3.5 非典型性磷酸化肽段富集 238
7.4 总结和展望 238
参考文献 239
8 生命体中多聚磷酸盐代谢及其功能 251
8.1 多聚磷酸盐概述 252
8.2 多聚磷酸盐代谢 252
8.2.1 多聚磷酸盐合成代谢和关键酶 253
8.2.2 多聚磷酸盐分解代谢和关键酶 256
8.3 多聚磷酸盐的生物学功能与进化意义 262
8.3.1 多聚磷酸盐的生物学功能 262
8.3.2 多聚磷酸盐与生命起源 269
8.4 多聚磷酸盐的应用价值 272
参考文献 274
9 信号转导系统与含磷第二信使 279
9.1 环化核苷酸 281
9.2 环化双核苷酸 284
9.2.1 环二鸟苷酸 285
9.2.2 环二腺苷酸 288
9.2.3 环-鸟苷酸-腺苷酸 290
9.3 ppGpp 292
9.4 1,4,5-三磷酸肌醇 293
9.5 “线型+对称”结构的信号分子ApnA 294
9.6 第二信使的作用机制和药物研发 298
参考文献 299
10 微生物中的含磷天然产物 309
10.1 引言 310
10.2 微生物中的含磷化合物 311
10.2.1 古菌产生的含磷化合物 311
10.2.2 细菌产生的含磷化合物 311
10.2.3 放线菌产生的含磷化合物 320
10.2.4 真菌产生的含磷化合物 327
10.2.5 肠道微生物产生的含磷化合物 329
10.2.6 利用基因组挖掘技术发现的含磷化合物 329
10.3 微生物合成含磷化合物相关的酶类 330
10.3.1 P—C键生物合成相关的酶类 330
10.3.2 P—N键生物合成相关的酶类 331
10.3.3 微生物转化而来的含磷化合物 332
10.3.4 含磷天然产物与药物研发 332
10.4 总结与展望 333
参考文献 335
11 生命过程中的高配位磷 345
11.1 引言 346
11.2 磷原子的轨道特征 347
11.3 生物化学过程中的高配位磷 350
11.3.1 遗传物质中的高配位磷 350
11.3.2 五配位磷参与RNA非酶促水解 351
11.3.3 五配位磷参与RNA酶促水解 352
11.3.4 蛋白可逆磷酸化过程中的高配位磷 356
11.3.5 β-葡萄糖磷酸变位酶作用过程中的高配位磷 359
11.4 高配位磷化学模型研究 362
11.4.1 磷酸酯水解 362
11.4.2 前生源过程高配位磷 364
11.4.3 双氨基酸五配位磷烷模型 370
11.5 小结 373
参考文献 374
索引 378
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