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

  1. 介绍细胞
  2. 细胞的化学成分
  3. 能量、催化作用、生物合成
    1. 细胞中能量的应用
    2. 自由能和催化作用
    3. 活化的载体分子与生物合成
  4. 蛋白质的结构和功能
  5. DNA 和染色体
  6. DNA 复制、修复和重组
  7. 从 DNA 到蛋白质：细胞如何阅读基因组
  8. 基因表达调控
    1. 基因表达概述
    2. 转录是如何开启的
    3. 造成特异细胞类型的分子机制
    4. 转录后调控
  9. 基因和基因组如何进化
  10. 基因及基因组分析
  11. 膜的结构
  12. 膜转运
  13. 细胞如何从食物中获得能量
  14. 线粒体和叶绿体中的能量生产
  15. 胞内区室及转运
  16. 细胞通讯
    1. 细胞信号传导的一般原理
    2. G 蛋白偶联受体
    3. 酶联受体
  17. 细胞骨架
  18. 细胞分裂周期概述
    1. 细胞分裂周期
    2. 细胞周期控制系统
    3. S 期
    4. M 期
    5. 有丝分裂
    6. 胞质分裂
    7. 细胞数量和细胞大小的控制
  19. 性与遗传
  20. 细胞群落：组织、干细胞、癌

我们如何得知

  1. 生命的共同机制
  2. 什么是大分子
  3. 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 VmaxV_{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 VmaxV_{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
  4. 探究蛋白质的结构
  5. 基因由 DNA 组成
  6. 复制的性质
  7. 破译遗传密码
  8. 基因调控——Eve 的故事
  9. 基因数目
  10. 人类基因组测序
  11. 测量膜流
  12. 乌贼为我们展示膜兴奋性的奥秘
  13. 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
  14. 化学渗透偶联如何驱动 ATP 合成
  15. 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
    1. 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
    2. 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
    3. 荧光蛋白视频
  16. 解析细胞信号通路
    1. 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
      1. 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
      2. 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。
    2. 鉴定相互作用蛋白：
      1. 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
      2. 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？）
    3. 开关通路
      1. 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
      2. 关：
        1. DNA 重组技术，构建“显性失活”(dominant negative) 突变体
        2. 小干扰 RNA (siRNA)，降解编码相应蛋白的 mRNA 或阻止 mRNA 翻译
    4. 通路排序
      1. 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
      2. 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。
  17. 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。
  18. 细胞周期蛋白和 Cdk 的发现
  19. 利用 SNP 解开人类疾病的面纱
  20. 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
本文收录于以下合集：