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1 绪论1

1.1 引言1

1.1.1 创世说与进化论1

1.1.2 细胞学说3

1.1.3 经典生物化学和遗传学4

1.1.4 DNA的发现6

1.2 分子生物学简史8

1.3 分子生物学的主要研究内容11

1.3.1 DNA重组技术12

1.3.2 基因表达调控研究13

1.3.3 生物大分子的结构功能研究——结构分子生物学14

1.3.4 基因组、功能基因组与生物信息学研究14

1.4 展望15

2 染色体与DNA18

2.1 染色体19

2.1.1 染色体概述19

2.1.2 真核细胞染色体的组成22

2.1.3 原核生物基因组30

2.2 DNA的结构31

2.2.1 DNA的一级结构32

2.2.2 DNA的二级结构33

2.2.3 DNA的高级结构36

2.3 DNA的复制37

2.3.1 DNA的半保留复制38

2.3.2 复制的起点、方向和速度38

2.3.3 复制的几种主要方式40

2.4 原核生物和真核生物DNA复制的特点44

2.4.1 原核生物DNA复制的特点44

2.4.2 真核生物DNA复制的特点48

2.4.3 DNA复制的调控50

2.5 DNA的修复51

2.5.1 错配修复52

2.5.2 切除修复53

2.5.3 重组修复54

2.5.4 DNA的直接修复55

2.5.5 SOS反应55

2.6 DNA的转座56

2.6.1 转座子的分类和结构特征57

2.6.2 真核生物中的转座子59

2.6.3 转座作用的机制62

2.6.4 转座作用的遗传学效应63

3 生物信息的传递（上）——从DNA到RNA66

3.1 RNA转录的基本过程67

3.1.1 模板识别67

3.1.2 转录起始68

3.1.3 转录延伸69

3.1.4 转录终止69

3.2 转录机器的主要成分69

3.2.1 RNA聚合酶69

3.2.2 转录复合物73

3.3 启动子与转录起始75

3.3.1 启动子区的基本结构75

3.3.2 启动子区的识别77

3.3.3 RNA聚合酶与启动子区的结合78

3.3.4 -10区与-35区的最佳间距78

3.3.5 增强子及其功能78

3.3.6 真核生物启动子对转录的影响80

3.3.7 转录的抑制82

3.4 原核与真核生物mRNA的特征比较83

3.4.1 原核生物mRNA的特征84

3.4.2 真核生物mRNA的特征87

3.5 终止和抗终止90

3.5.1 不依赖于ρ因子的终止90

3.5.2 依赖于ρ因子的终止90

3.5.3 抗终止91

3.6 内含子的剪接、编辑、再编码及化学修饰93

3.6.1 RNA中的内含子93

3.6.2 mRNA的剪接96

3.6.3 RNA的编辑、再编码及化学修饰99

3.6.4 核酶102

3.6.5 RNA在生物进化中的地位105

4 生物信息的传递（下）——从mRNA到蛋白质107

4.1 遗传密码——三联子108

4.1.1 三联子密码及其破译108

4.1.2 遗传密码的性质111

4.2 tRNA115

4.2.1 tRNA的L形三级结构117

4.2.2 tRNA的功能118

4.2.3 tRNA的种类119

4.2.4 氨酰-tRNA合成酶120

4.3 核糖体121

4.3.1 核糖体的结构123

4.3.2 核糖体的功能126

4.4 蛋白质合成的生物学机制126

4.4.1 氨基酸的活化127

4.4.2 翻译的起始129

4.4.3 肽链的延伸132

4.4.4 肽链的终止136

4.4.5 蛋白质前体的加工136

4.4.6 蛋白质的折叠140

4.4.7 蛋白质合成的抑制剂140

4.5 蛋白质转运机制142

4.5.1 翻译-转运同步机制144

4.5.2 翻译后转运机制146

4.5.3 核定位蛋白的转运机制150

4.5.4 蛋白质的降解151

5 分子生物学研究法（上）——DNA、RNA及蛋白质操作技术155

5.1 重组DNA技术回顾155

5.2 DNA基本操作技术161

5.2.1 核酸凝胶电泳技术161

5.2.2 细菌转化与目标DNA分子的增殖163

5.2.3 聚合酶链反应技术165

5.2.4 实时定量PCR167

5.2.5 基因组DNA文库构建170

5.3 RNA基本操作技术172

5.3.1 总RNA的提取172

5.3.2 mRNA的纯化173

5.3.3 cDNA的合成174

5.3.4 cDNA文库的构建175

5.3.5 基因文库的筛选176

5.4 SNP的理论与应用178

5.4.1 SNP概述178

5.4.2 SNP的检测技术179

5.4.3 SNP的应用182

5.5 基因克隆技术182

5.5.1 RACE技术183

5.5.2 应用cDNA差示分析法克隆基因184

5.5.3 Gateway大规模克隆技术185

5.5.4 基因的图位克隆法185

5.6 蛋白质组与蛋白质组学技术187

5.6.1 双向电泳技术188

5.6.2 蛋白质印迹法189

5.6.3 蛋白质的质谱分析技术191

6 分子生物学研究法（下）——基因功能研究技术193

6.1 基因表达研究技术193

6.1.1 基因表达系列分析技术193

6.1.2 RNA的选择性剪接技术195

6.1.3 原位杂交技术197

6.1.4 基因定点突变技术197

6.2 基因敲除技术200

6.2.1 基本原理200

6.2.2 高等动物基因敲除技术201

6.2.3 植物基因敲除技术205

6.3 蛋白质及RNA相互作用技术206

6.3.1 酵母单杂交系统206

6.3.2 酵母双杂交系统207

6.3.3 体外蛋白质相互作用技术208

6.3.4 细胞内蛋白质相互作用研究——荧光共振能量转移法212

6.3.5 RNAi技术及其应用212

6.4 基因芯片及数据分析214

6.4.1 基因芯片技术原理214

6.4.2 基因芯片的点制过程215

6.4.3 基因芯片数据分析217

6.5 利用酵母鉴定靶基因功能218

6.5.1 酵母的遗传学和分子生物学简介218

6.5.2 酵母基因转化与性状互补220

6.5.3 外源基因在酵母中的功能鉴定222

6.6 其他分子生物学技术223

6.6.1 凝胶滞缓实验223

6.6.2 噬菌体展示技术225

6.6.3 蛋白质磷酸化分析技术226

7 基因的表达与调控（上）——原核基因表达调控模式230

7.1 原核基因表达调控总论231

7.1.1 原核基因调控分类232

7.1.2 原核基因调控的主要特点235

7.1.3 弱化子对基因活性的影响235

7.1.4 降解物对基因活性的调节236

7.1.5 细菌的应急反应236

7.2 乳糖操纵子与负控诱导系统237

7.2.1 酶的诱导——lac体系受调控的证据238

7.2.2 操纵子模型及其影响因子239

7.2.3 lac操纵子DNA的调控区域——P区和O区244

7.2.4 lac操纵子中的其他问题245

7.3 色氨酸操纵子与负控阻遏系统246

7.3.1 trp操纵子的阻遏系统246

7.3.2 弱化子与前导肽246

7.3.3 trp操纵子弱化机制的实验依据251

7.3.4 trp操纵子的其他调控机制253

7.4 其他操纵子255

7.4.1 半乳糖操纵子255

7.4.2 阿拉伯糖操纵子257

7.4.3 阻遏蛋白LexA的降解与细菌中的SOS应答260

7.4.4 二组分调控系统和信号转导261

7.4.5 多启动子调控的操纵子262

7.5 固氮基因调控263

7.5.1 根瘤的产生263

7.5.2 固氮酶264

7.5.3 与固氮有关的基因及其调控265

7.6 转录水平上的其他调控方式269

7.6.1 σ因子的调节作用269

7.6.2 组蛋白类似蛋白的调节作用270

7.6.3 转录调控因子的作用270

7.6.4 抗终止因子的调节作用271

7.7 转录后调控272

7.7.1 mRNA自身结构元件对翻译起始的调节272

7.7.2 mRNA稳定性对转录水平的影响273

7.7.3 调节蛋白的调控作用274

7.7.4 反义RNA的调节作用274

7.7.5 稀有密码子对翻译的影响275

7.7.6 重叠基因对翻译的影响276

7.7.7 翻译的阻遏277

7.7.8 魔斑核苷酸水平对翻译的影响277

8 基因的表达与调控（下）——真核基因表达调控一般规律280

8.1 真核生物的基因结构与转录活性282

8.1.1 基因家族282

8.1.2 真核基因的断裂结构286

8.1.3 真核生物DNA水平上的基因表达调控288

8.1.4 DNA甲基化与基因活性的调控292

8.2 真核基因转录机器的主要组成296

8.2.1 真核基因的转录297

8.2.2 增强子及其对转录的影响298

8.2.3 反式作用因子299

8.3 蛋白质磷酸化对基因转录的调控307

8.3.1 受cAMP水平调控的A激酶310

8.3.2 C激酶与PIP2、IP3和DAG311

8.3.3 CaM激酶及MAP激酶312

8.3.4 酪氨酸激酶途径313

8.3.5 蛋白质磷酸化与细胞分裂调控315

8.4 蛋白质乙酰化对基因表达的影响316

8.4.1 组蛋白的乙酰化及去乙酰化316

8.4.2 组蛋白乙酰化及去乙酰化对基因表达的影响320

8.4.3 p53乙酰化对转录活性的影响320

8.5 激素与热激蛋白对基因表达的影响322

8.5.1 激素对靶基因的影响322

8.5.2 热休克蛋白诱导的基因表达325

8.6 其他水平上的表达调控329

8.6.1 RNA的加工成熟329

8.6.2 翻译水平的调控333

9 疾病与人类健康338

9.1 肿瘤与癌症338

9.1.1 反转录病毒致癌基因339

9.1.2 原癌基因（细胞转化基因）产物及其分类343

9.1.3 原癌基因的表达调控346

9.1.4 基因相互作用与癌基因表达349

9.2 人类免疫缺陷病毒——HIV351

9.2.1 HIV病毒颗粒的形态结构及传播352

9.2.2 HIV基因组及其编码的蛋白352

9.2.3 HIV的复制355

9.2.4 HIV基因表达调控356

9.2.5 HIV的感染及致病机制362

9.2.6 艾滋病的治疗及预防363

9.3 乙型肝炎病毒——HBV364

9.3.1 HBV的分类及病毒粒子结构364

9.3.2 HBV基因组及其编码的蛋白365

9.3.3 HBV的复制368

9.4 人禽流感的分子生物学机制369

9.4.1 人禽流感病毒特点及分型370

9.4.2 禽流感病毒进入细胞及转录与复制371

9.4.3 禽流感病毒感染人类的机制372

9.5 严重急性呼吸系统综合征-SARS的分子机制373

9.5.1 SARS-CoV的结构与分类373

9.5.2 SARS-CoV的基因组结构374

9.5.3 SARS-CoV的侵染过程375

9.5.4 SARS-CoV的起源及变异376

9.6 基因治疗377

9.6.1 基因治疗的主要途径377

9.6.2 基因治疗中的病毒载体378

9.6.3 基因治疗中的非病毒载体381

10 基因与发育384

10.1 免疫系统发育及免疫球蛋白基因表达384

10.1.1 脊椎动物免疫系统384

10.1.2 B-淋巴细胞的发育和分化385

10.1.3 T-淋巴细胞发育及分化388

10.1.4 免疫球蛋白的结构389

10.1.5 免疫球蛋白基因结构390

10.1.6 Ig基因重排与DNA的多样性392

10.1.7 免疫球蛋白基因表达396

10.1.8 主要组织相容复合体的表达调控397

10.2 果蝇的发育与调控400

10.2.1 卵子发育400

10.2.2 胚胎发育401

10.2.3 果蝇的末端系统及背腹极性基因与发育调控404

10.2.4 影响果蝇体节发育的基因405

10.2.5 果蝇的同源域基因406

10.3 高等植物花发育的基因调控406

10.3.1 植物的花器官结构407

10.3.2 调控花器官发育的主要基因407

10.3.3 花器官发育的“ABC”模型409

10.3.4 参与诱导开花信号产生、传递和感知的基因410

11 基因组与比较基因组学416

11.1 高通量DNA序列分析技术417

11.1.1 DNA序列测定的基本原理417

11.1.2 基因组DNA大片段文库的构建418

11.1.3 鸟枪法序列测定技术及其改良419

11.1.4 大规模DNA序列拼接422

11.2 人类基因组计划423

11.2.1 人类基因组计划的科学意义424

11.2.2 遗传图425

11.2.3 物理图431

11.2.4 转录图432

11.2.5 全序列图434

11.3 其他基因组436

11.3.1 大肠杆菌基因组438

11.3.2 酵母基因组439

11.3.3 拟南芥基因组440

11.3.4 水稻基因组440

11.3.5 家蚕基因组441

11.3.6 鸡基因组442

11.4 比较基因组学及相关研究443

11.4.1 基因组数据的挖掘与分析444

11.4.2 基因组数据的比较研究445

名词解释448

主要参考书目464

第三版后记465

索引466