2024年1月29日更新：读“我们如何得知”第 3, 13, 15, 16, 17 节, “图版”第 3-1 节
自从在个人博客上开启了那本书的读书笔记系列之后，发现捋一遍目录真的是读一次读不完的书很有效率的做法。
上次发了一篇《生物学知识提纲》，其实我家里是有好几本大部头的本科程度的生物学教材的，这本《细胞生物学精要》就是其中之一，是爸妈来看我的时候用行李箱带过来的中译本。快要找工作了，如果决定更进一步地进入生物领域的话，是时候看点书了。
这本书除了正常的章节之外，每一章都会对于一个科学命题，回答“我们如何得知这一命题”的问题，这一节插在正文中间，这次整理的时候单独摘了出来。另外部分章节末尾有图解部分概念的“图版”，也单独摘了出来。章节繁多，所以只展开了自己当下比较感兴趣的部分，并且将之标红加粗。
篇章结构
- 介绍细胞
- 细胞的化学成分
- 能量、催化作用、生物合成
- 细胞中能量的应用
- 自由能和催化作用
- 活化的载体分子与生物合成
- 蛋白质的结构和功能
- DNA 和染色体
- DNA 复制、修复和重组
- 从 DNA 到蛋白质：细胞如何阅读基因组
- 基因表达调控
- 基因表达概述
- 转录是如何开启的
- 造成特异细胞类型的分子机制
- 转录后调控
- 基因和基因组如何进化
- 基因及基因组分析
- 膜的结构
- 膜转运
- 细胞如何从食物中获得能量
- 线粒体和叶绿体中的能量生产
- 胞内区室及转运
- 细胞通讯
- 细胞信号传导的一般原理
- G 蛋白偶联受体
- 酶联受体
- 细胞骨架
- 细胞分裂周期概述
- 细胞分裂周期
- 细胞周期控制系统
- S 期
- M 期
- 有丝分裂
- 胞质分裂
- 细胞数量和细胞大小的控制
- 性与遗传
- 细胞群落：组织、干细胞、癌
我们如何得知
- 生命的共同机制
- 什么是大分子
- 使用动力学模拟和操作代谢途径：基本都在 Machaelis-Menton 模型框架之内
- 一个酶对其催化反应的最大速率 \(V_{max}\):
- 测量试管中不同底物浓度下的速率，找到其在底物浓度趋于无穷时的渐进行为。将浓度和速率都取倒数后作图，纵轴截距就是最大速率(!)
- 更快的反应（几微秒内），需要“停/流仪”(stopped flow)
- 调控：竞争性抑制剂不改变 \(V_{max}\)
- 设计：通过模拟，但是完全没提模拟的细节。可能需要看正文 10.3.3
- 一个酶对其催化反应的最大速率 \(V_{max}\):
- 探究蛋白质的结构
- 基因由 DNA 组成
- 复制的性质
- 破译遗传密码
- 基因调控——Eve 的故事
- 基因数目
- 人类基因组测序
- 测量膜流
- 乌贼为我们展示膜兴奋性的奥秘
- 发现柠檬酸循环
- 当时的发现者 Krebs 等人：
- 肌肉切碎后的悬浮液中，特定的一群分子被快速氧化
- 这些分子形成两条通路：柠檬酸 → α-酮戊二酸 → 琥珀酸；琥珀酸 → 延胡索酸 → 苹果酸 → 草酰乙酸。（没有质谱技术，如何辨别这些小分子？）
- 小剂量的以上分子加入后可以导致大量氧气消耗
- 丙二酸实验
- 丙二酸可以特异性抑制琥珀酸脱氢酶的活性（如何知道？丙二酸结构上类似琥珀酸即丁二酸）
- 琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸变为延胡索酸
- 将柠檬酸、异柠檬酸、α-酮戊二酸（之前通路的上游分子）加入含有丙二酸的肌肉细胞悬浮液后，琥珀酸会累积
- 将延胡索酸、苹果酸、草酰乙酸（之前通路的下游分子）加入含有丙二酸的肌肉细胞悬浮液后，琥珀酸也会累积
- 结论/假设：下游存在一个反应，使得最下游反应物变成最上游反应物
- 肌肉悬液和丙酮酸和草酰乙酸共培养时，形成了柠檬酸
- 假设：丙酮酸 + 草酰乙酸 → 柠檬酸或丙酮酸 + 草酰乙酸 → 柠檬酸
- 实际：乙酰 CoA 作为丙酮酸和草酰乙酸的中间体，十年之后才被发现
- 现有技术：放射性标记物 + 质谱法
- 放射性标记物
- 质谱法
- 当时的发现者 Krebs 等人：
- 化学渗透偶联如何驱动 ATP 合成
- 追踪蛋白质和囊泡运输
- 定位到特定细胞器的蛋白含有特定“信号序列”，信号序列交换实验
- in vitro, 将细胞器从细胞中分离出来，和携带信号序列的蛋白质置于同一试管中，放射性氨基酸标记和追踪；图15-29 (B) 没看懂汉语
- 高温时分泌缺陷的酵母中发现了 25 种和胞吐有关的基因。25°C 转运正常，35°C 异常积累在内质网、高尔基体、囊泡中
- 荧光蛋白视频
- 定位到特定细胞器的蛋白含有特定“信号序列”，信号序列交换实验
- 解析细胞信号通路
- 检测磷酸化：当信号通路接收到胞外信号分子时，多种蛋白被磷酸化
- 破碎细胞、通过凝胶按大小分开、使用抗体检测磷酸化的蛋白
- 在细胞暴露于信号分子时，提供放射性的 ATP；破碎细胞并通过凝胶；将凝胶在 X 光底片上曝光。
- 鉴定相互作用蛋白：
- 免疫共沉淀：用抗体抓住特定的蛋白，如果其正与其他蛋白结合，则被结合蛋白也会沉淀
- DNA 重组技术：构建一系列突变蛋白，可以鉴定出用来结合的氨基酸位点。使用此种方法时，细胞内不能有对信号分子相应的正常受体（如何做到？）
- 开关通路
- 开：DNA 重组技术，编码不需外源信号也能持续激活的受体蛋白，例如人类癌症中的 Ras
- 关：
- DNA 重组技术，构建“显性失活”(dominant negative) 突变体
- 小干扰 RNA (siRNA)，降解编码相应蛋白的 mRNA 或阻止 mRNA 翻译
- 通路排序
- 动物筛选：成千上万的实验动物用一种突变源处理，寻找突变所在的信号通路中哪一个没有正常工作，由此找到信号通路中编码蛋白的基因
- 确定顺序：已于研究目标 X，选定一个基准蛋白 C，引入一种失活的 X 突变，再引入持续激活的 C，看通路是否仍能工作，能则 X 在 C 上游，反之则在下游。
- 检测磷酸化：当信号通路接收到胞外信号分子时，多种蛋白被磷酸化
- 寻找马达蛋白
- 难点：在细胞外分离和研究相关蛋白质
- 方法：
- 显微镜技术发展，从特定种类的细胞中将胞内运输系统挤压出来。
光学显微镜时代：拥有巨大轴突的乌贼神经细胞，从轴突中挤出细胞质（轴浆），然后研究粒子跨细胞膜运动，轴浆被丢弃。- 视频增强显微镜时代：空间分辨率 200nm，看到囊泡和被膜细胞器沿着细胞骨架移动，从 30~50nm 的颗粒到 5000nm 的线粒体。
- 这种运动需要 ATP，AMP-PNP 竞争性抑制细胞器转运
- 用纯化的缆绳、马达、货物从零开始装配一套正常运转的运输系统
- 抗体实验表明蛋白丝缆绳是 α-微管蛋白
- Ron Vale, Thomas Reese & Michael Sheetz 将纯化的缆绳（乌贼的视叶中纯化的微管）和货物（乌贼轴突中分离的细胞器）放在一起，寻找诱发运动的分子。乌贼轴突细胞质的提取物可以诱发运动
- AMP-PNP 虽抑制其运动，但仍能使组件结合。结合后提取微管，希望马达蛋白仍附着在微管上。加入 ATP 释放附着的蛋白，得到 110kDa 的多肽
- 细胞内观测：Steven Blcok et al, 1990
- 微小的硅珠包裹上低浓度的动力蛋白，能观察到硅珠沿微管行走
- 马达蛋白和荧光蛋白偶联，可以观察到单个动力蛋白分子
- 发现：每个分子从微管上掉落之前走大约 100 步，每步 8nm，约等于微管蛋白单体的长度。ATP 水解实验表明每步消耗一个 ATP
- 动力蛋白有两个头部，被认为以左右交替的方式前进。
- 显微镜技术发展，从特定种类的细胞中将胞内运输系统挤压出来。
- 细胞周期蛋白和 Cdk 的发现
- 利用 SNP 解开人类疾病的面纱
- 搞清楚那些对癌症有关键性影响的基因
图版
- 1-1. 显微镜
- 1-2. 细胞结构
- 2-1. 化学键和化学基团
- 2-2. 水的化学性质
- 2-3. 几种糖的类型概述
- 2-4. 脂肪酸和其他脂类
- 2-5. 蛋白质里的20种氨基酸
- 2-6. 核苷酸概述
- 2-7. 非共价键的主要类型
- 3-1. 自由能与生物学反应：写得不好，太多不加解释的事实陈述
- 反应的自由能变化和平衡常数之间存在函数关系，推导在 3.2.6 节
- 生物系统中，吉布斯自由焓为正的反应的发生，经常依靠反应耦合（多个反应共享一个或多个中间物）。总的自由能变化是各个反应自由能之和。
- 4-1. 蛋白质功能的几个例子
- 4-2. 描述小型 SH2 蛋白结构域的四种不同方式
- 4-3. 抗体的制备和使用
- 4-4. 细胞的裂解和细胞抽提物的初步分离
- “我们如何得知17”提到
- 4-5. 用层析法分离蛋白质
- “我们如何得知17”提到
- 4-6. 用电泳法分离蛋白质
- 13-1. 详解糖酵解的10个步骤
- 13-2. 完整的柠檬酸循环
- 14-1. 氧化还原电位
- 17-1. 三种蛋白丝的主要类型
- 18-1. 动物细胞 M 期的主要阶段
- 19-1. 经典遗传学的要义