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第1章　分子生物学发展简史1

1.1 传递遗传学2

1.1.1　Mendel遗传定律2

1.1.2　遗传的染色体理论3

1.1.3　遗传重组与作图4

文框1.1　细胞结构5

文框1.2　细胞周期与有丝分裂6

文框1.3　减数分裂（meiosis）9

1.1.4　重组的物理证据10

1.2 分子遗传学10

1.2.1　DNA的发现10

1.2.2　基因的组成　11

1.2.3　基因与蛋白质间的关系11

1.2.4　基因的活性12

本章概要16

推荐阅读材料16

第2章　基因的分子特性17

2.1 遗传物质的本质18

2.1.1　细菌的转化18

2.1.2　多聚核苷酸的化学性质22

2.2　DNA结构24

2.2.1　实验背景24

2.2.2　双螺旋26

2.3　RNA基因29

2.4　核酸的物理化学性质29

2.4.1　DNA结构的多样性29

2.4.2 不同大小和形状的DNA35

本章概要38

复习题39

推荐阅读材料39

第3章　基因功能简介41

3.1　信息存储42

3.1.1　基因表达概述42

3.1.2　蛋白质的结构42

3.1.3　蛋白质的功能46

3.1.4　信息RNA的发现48

3.1.5　转录51

3.1.6　翻译53

3.2 复制58

3.3 突变60

3.3.1　镰刀型细胞贫血症60

本章概要62

复习题63

推荐阅读材料63

第4章　分子克隆法65

4.1 基因克隆66

4.1.1　限制性核酸内切酶的作用66

4.1.2　载体69

4.1.3　用特异探针鉴定特异克隆79

4.2 聚合酶链式反应81

4.2.1　cDNA克隆82

文框4.1　侏罗纪公园——不只是科幻？82

4.3 表达克隆基因的方法87

4.3.1　表达载体87

4.3.2　其他真核表达载体94

本章概要97

复习题97

推荐阅读材料98

第5章　研究基因及其活性的分子生物学方法99

5.1 生物大分子的分离100

5.1.1　凝胶电泳100

5.1.2　二维凝胶电泳102

5.1.3　离子交换柱层析103

5.1.4　凝胶柱层析105

5.2 示踪标记法105

5.2.1　放射自显影106

5.2.2　磷光成像107

5.2.3　液体闪烁计数107

5.2.4　非放射性示踪标记107

5.3 核酸杂交技术的应用108

5.3.1　Southern印迹：鉴定特异的DNA片段108

5.3.2　DNA指纹与DNA分型110

5.3.3　DNA指纹和DNA分型在法医鉴定中的应用111

5.3.4　DNA测序114

5.3.5　限制性酶切作图119

5.3.6　用克隆基因进行蛋白质工程：定点突变122

5.4 对转录物的作图与定量分析125

5.4.1　S1作图法125

5.4.2　引物延伸法128

5.4.3　失控转录与无G盒转录分析129

5.5 体内转录速率的测量131

5.5.1　核连缀转录131

5.5.2　用报告基因进行的转录分析132

5.6 测定DNA与蛋白质的相互作用133

5.6.1　滤膜结合法133

5.6.2　凝胶迁移率变动分析135

5.6.3　DNA酶足迹法136

5.6.4　DMS足迹法和其他足迹法136

5.7 基因敲除139

本章概要142

复习题143

推荐阅读材料144

第6章　原核生物的转录装置145

6.1 RNA聚合酶的结构146

6.1.1　作为特异因子的σ因子146

6.2 启动子149

6.2.1　RNA聚合酶与启动子的结合149

6.2.2　启动子结构153

6.3 转录起始154

6.3.1　σ因子的功能155

6.3.2　聚合酶结合启动子的范围160

6.3.3　σ因子的结构　161

6.3.4　解除聚合酶-DNA间非特异相互作用的稳定性　164

6.3.5　α亚基具有识别UP元件的功能165

6.4 延伸169

6.4.1　核心酶在延伸中的作用169

6.4.2　α亚基在聚合酶组装中的作用174

6.4.3　延伸复合体的结构175

6.5 转录终止180

6.5.1　rho非依赖性终止181

6.5.2　rho依赖性终止184

本章概要187

复习题188

推荐阅读材料189

第7章　操纵子：原核生物转录的精细调控191

7.1 lac操纵子192

7.1.1　lac操纵子的负调控193

7.1.2　操纵子的发现194

7.1.3　阻遏蛋白与操纵基因的相互作用197

7.1.4　阻遏机制198

7.1.5　lac操纵子的正调控201

7.1.6　CAP的作用机制203

7.2 mal调节子209

7.2.1　CAP在mal调节子中的作用209

7.2.2　CAP在mal调节子中起作用的证据210

7.3 ara操纵子211

7.3.1　ara操纵子阻遏环211

7.3.2　ara操纵子阻遏环的证据212

7.3.3　araC的自身调节215

7.4 trp操纵子216

7.4.1　色氨酸在trp操纵子负调控中的 作用216

7.4.2　弱化作用对trp操纵子的调控217

7.4.3　弱化作用失效217

本章概要221

复习题222

推荐阅读材料223

第8章　原核生物转录的主要转换225

8.1 宿主RNA聚合酶的修饰226

8.2 噬菌体T7编码的RNA聚合酶228

8.3 孢子形成期间的转录调控229

8.4 多启动子基因232

8.4.1　枯草杆菌spo VG基因232

8.4.2　鱼腥藻谷氨酰胺合成酶基因234

8.4.3　大肠杆菌glnA基因234

8.5 大肠杆菌的热激基因235

8.6 噬菌体λ感染大肠杆菌236

8.6.1　噬菌体λ的裂解性增殖237

8.6.2　溶原期的建立242

8.6.3　溶原期cI基因的自身调节245

8.6.4　λ感染命运的决定：裂解还是溶原249

8.6.5　溶原菌的诱导250

本章概要251

复习题252

推荐阅读材料253

第9章　原核生物的DNA—蛋白质相互作用255

9.1 λ阻遏蛋白家族256

文框9.1　X射线晶体学259

9.1.1　λ阻遏蛋白与操纵基因相互作用的高分辨率分析262

9.1.2　噬菌体434阻遏蛋白与操纵基因相互作用的高分辨率分析266

9.2 trp阻遏蛋白269

9.2.1　色氨酸的作用269

9.3 蛋白质与DNA相互作用的总体考虑272

9.3.1　4种碱基对的氢键结合能力273

9.3.2　DNA构型在蛋白质特异性结合中的作用274

9.3.3　多聚体DNA结合蛋白的重要性275

9.4　DNA结合蛋白：远程作用275

9.4.1　gal操纵子275

9.4.2　重复的λ操纵基因276

9.4.3　lac操纵子279

9.4.4　增强子280

本章概要283

复习题284

推荐阅读材料285

第10章　真核生物RNA聚合酶及其启动子287

10.1 真核生物的RNA聚合酶的多种形式288

10.1.1　多种真核生物RNA聚合酶存在的证据288

10.1.2　3种聚合酶的分离289

10.1.3　3种RNA聚合酶的作用291

10.1.4　RNA聚合酶的亚基结构293

10.2　启动子309

10.2.1　二类启动子309

10.2.2　一类启动子318

10.2.3　三类启动子320

10.3 增强子（enhancers）和沉默子（silencers）323

10.3.1　增强子324

10.3.2　沉默子326

本章概要327

复习题328

推荐阅读材料329

第11章　真核生物通用转录因子333

11.1 二类转录因子334

11.1.1　二类前起始复合体334

11.1.2　TFⅡD的结构与功能338

11.1.3　TFⅡA和TFⅡB的结构和功能355

11.1.4　TFⅡF的结构和功能357

11.1.5　TFⅡE和TFⅡH的结构和功能358

11.1.6　延伸因子366

11.1.7　聚合酶Ⅱ全酶369

11.2 一类转录因子371

11.2.1　SL1371

11.2.2　UBF374

11.2.3　SL1的结构和功能376

11.3 三类转录因子379

11.3.1　TFⅢA379

11.3.2　TFⅢB和TFⅢC380

11.3.3　TATA盒式结构结合蛋白（TBP）的作用384

本章概要386

复习题387

推荐阅读材料389

第12章　真核生物中的转录激活因子393

12.1 活化子的类别394

12.1.1　DNA结合域394

12.1.2　转录活化域394

12.2　活化子DNA结合基序的结构395

12.2.1　锌指结构395

12.2.2　GAL4蛋白398

12.2.3　核受体400

12.2.4　同源结构域402

12.2.5　bZIP和bHLH结构域403

12.3　活化子结构域的独立性405

12.4　活化子功能407

12.4.1　TFⅡD的募集408

12.4.2　TFⅡB的募集409

12.4.3　其他通用转录因子的募集412

12.4.4　全酶的募集414

12.5 活化子间的相互作用416

12.5.1　二聚化416

12.5.2　远距离的作用417

12.5.3　多增强子421

12.5.4　重塑转录因子423

12.5.5　隔离子（insulator）425

12.5.6　中介子428

12.6　转录因子的调控431

12.6.1　信号转导途径432

本章概要434

复习题435

推荐阅读材料436

第13章　染色质结构及其对转录的影响439

13.1 组蛋白440

13.2　核小体441

13.2.1　核小体纤丝445

13.2.2　30nm纤维446

13.2.3　组蛋白H1在染色质折叠过程中的作用448

13.2.4　更高层次的染色质折叠449

13.3 染色质的结构与基因活性451

13.3.1　组蛋白对5S rRNA基因转录的影响452

13.3.2　组蛋白对Ⅱ类基因转录的影响454

13.3.3　核小体占位458

13.3.4　组蛋白乙酰化465

13.3.5　组蛋白去乙酰化467

13.3.6　染色质重构471

13.3.7　异染色质和沉默472

13.3.8　核小体和转录延伸474

本章概要479

复习题480

推荐阅读材料481

第14章　转录后事件Ⅰ：剪接485

14.1 断裂基因486

14.1.1　断裂基因存在的证据486

14.1.2　RNA的剪接487

14.1.3　剪接信号488

14.2　核mRNA前体的剪接机制490

14.2.1　分支状中间体490

14.2.2　分支信号495

14.2.3　剪接体497

14.2.4　snRNA蛋白质复合体497

14.2.5　剪接体的组装与功能509

14.2.6　选择性剪接517

14.3　RNA的自我剪接521

14.3.1　Ⅰ类内含子521

14.3.2　Ⅱ类内含子526

14.4　tRNA剪接527

本章概要528

复习题530

推荐阅读材料531

第15章　转录后事件Ⅱ：加帽与多聚腺苷酸化535

15.1 加帽反应536

15.1.1　帽子的结构536

15.1.2　帽子的形成539

15.1.3　帽子的功能541

15.2 多聚腺苷酸化544

15.2.1　多聚腺苷酸544

15.2.2　poly（A）的功能547

15.2.3　多聚腺苷酸化的基本机制549

15.2.4　多聚腺苷酸化信号551

15.2.5　mRNA前体的剪切和多聚腺苷酸化557

15.2.6　poly（A）聚合酶565

15.2.7　多聚腺苷酸的动态变化566

15.3 帽子和poly（A）对剪接的影响568

15.3.1　剪接对于帽子的依赖性568

15.3.2　poly（A）对剪接的影响571

本章概要573

复习题574

推荐阅读材料575

第16章　转录后事件Ⅲ：其他事件579

16.1 核糖体RNA的加工580

16.1.1　真核rRNA的加工580

16.1.2　原核rRNA的加工583

16.2 转运RNA（tRNA）的加工584

16.2.1　切开多顺反子前体584

16.2.2　形成成熟5′末端584

16.2.3　形成成熟3′末端586

16.3 反式剪接588

16.3.1　反式剪接的机制588

16.3.2　锥虫编码区多顺反子的排列591

16.4 RNA的编辑592

16.4.1　编辑机制593

16.5 基因表达的转录后调控597

16.5.1　酪蛋白mRNA稳定性598

16.5.2　转铁素蛋白受体mRNA稳定性598

16.5.3　转录后基因沉默（RNA干涉）606

本章概要611

复习题612

推荐阅读材料613

第17章　翻译的机制Ⅰ：起始615

17.1 原核生物翻译的起始616

17.1.1　tRNA负载616

17.1.2　核糖体的解离617

17.1.3　30S起始复合体的形成622

17.1.4　70S起始复合物的形成631

17.1.5　原核生物翻译起始概述633

17.2 真核生物的翻译起始634

17.2.1　起始的扫描模型635

17.2.2　真核生物的起始因子641

17.2.3　真核生物中翻译起始概述641

17.3 起始的调控649

17.3.1　原核生物翻译的调控649

17.3.2　真核生物翻译的调控650

本章概要657

复习题658

推荐阅读材料659

第18章　翻译的机制Ⅱ：延伸和终止661

18.1 mRNA翻译和多肽链合成的方向662

18.2 遗传密码664

18.2.1　非重叠的密码子664

18.2.2　密码中没有间隙664

18.2.3　三联体密码665

18.2.4　解译密码667

18.2.5　密码子和反密码子之间的稀有碱基对667

18.2.6　（几乎）通用的密码669

18.3 延伸的机制672

18.3.1　延伸概述672

18.3.2　核糖体的三位点模型674

18.3.3　延伸步骤1：氨酰-tRNA与核糖体A位点结合676

18.3.4　延伸步骤2：肽键的形成684

18.3.5　延伸步骤3：移位687

18.3.6　EF-Tu和EF-G的结构690

18.3.7　GTPase和翻译692

18.4 终止693

18.4.1　终止密码子693

18.4.2　终止密码子的抑制695

18.4.3　释放因子697

本章概要702

复习题703

推荐阅读材料704

第19章　核糖体和转运RNA707

19.1 核糖体708

19.1.1　核糖体的总体结构708

19.1.2　70S核糖体的精细结构710

19.1.3　核糖体的组分713

19.1.4　核糖体的组装714

19.1.5　30S亚基的精细结构716

19.1.6　50S亚基的精细结构724

19.1.7　多核糖体727

19.2 转运RNA728

19.2.1　tRNA的发现728

19.2.2　tRNA的结构730

19.2.3　通过氨酰-tRNA合成酶对tRNA的再认识：第二遗传密码734

19.2.4　氨酰-tRNA合成酶对tRNA的校对和编辑740

本章概要742

复习题743

推荐阅读材料744

第20章　DNA复制Ⅰ：基本机制与酶学747

20.1　DNA复制的基本特征748

20.1.1　半保留复制748

20.1.2　半不连续复制751

20.1.3　DNA合成的引发753

20.1.4　双向复制754

20.1.5　单向复制758

20.1.6　滚环复制758

20.2　DNA复制的酶学759

20.2.1　链分离759

20.2.2　单链DNA结合蛋白762

20.2.3　拓扑异构酶765

20.2.4　E.coli中的3种DNA聚合酶768

20.2.5　复制的保真性775

20.2.6　多种真核DNA聚合酶775

20.3　DNA损伤及修复776

20.3.1　碱基烷烃化造成的损伤776

20.3.2　紫外辐射造成的损伤778

20.3.3　γ和X射线造成的损伤778

20.3.4　直接恢复损伤DNA778

20.3.5　原核细胞中的切除修复780

20.3.6　真核细胞中的切除修复781

20.3.7　错配修复783

20.3.8　人类细胞中错配修复的疏漏784

20.3.9　非修复的DNA受损处理785

本章概要788

复习题790

推荐阅读材料791

第21章　DNA复制Ⅱ：详细机制795

21.1 复制的速度796

21.2 复制的起始797

21.2.1　E.coli复制的引发797

21.2.2　真核生物复制的引发800

21.3 复制的延伸805

21.3.1　polⅢ全酶和复制的持续性806

21.4 复制的终止818

21.4.1　解连接：解开子代DNA的缠绕818

21.4.2　真核生物中复制的终止821

文框21.1　端粒、Hayflick极限和癌症826

本章概要828

复习题829

推荐阅读材料829

第22章　同源重组833

22.1 同源重组的模型834

22.1.1　Holliday模型834

22.1.2　Meselson-Radding模型835

22.1.3　RecBCD途径836

22.2 RecBCD途径的实验证据838

22.2.1　RecA838

22.2.2　RecBCD844

22.2.3　RuvA和RuvB846

22.2.4　RuvC852

22.3 减数分裂重组857

22.3.1　减数分裂重组机制概述857

22.3.2　双链DNA断口857

22.3.3　DSBs处单链末端的产生862

22.4 基因转换862

本章概要864

复习题864

推荐阅读材料865

第23章　位点特异性重组与转座867

23.1 位点特异性重组868

23.1.1　λ噬菌体的整合与切除868

23.1.2　细菌中的位点特异性重组873

23.2　细菌转座子875

23.2.1　细菌转座子的发现875

23.2.2　插入序列：最简单的转座子876

23.2.3　更复杂的转座子878

23.2.4　转座的机制878

23.3　真核生物的转座子881

23.3.1　第一个转座元件的例子：玉米中的Ds和Ac882

23.3.2　P元件884

23.3.3　免疫球蛋白的基因重排885

23.3.4　反转录转座子891

本章概要907

复习题908

推荐阅读材料909

第24章　基因组学913

24.1 第一批测序的基因组914

24.1.1　人类基因组计划915

24.1.2　大规模基因组测序中所用的载体916

24.1.3　克隆步移法917

24.1.4　鸟枪法测序922

24.1.5　测序的标准924

24.1.6　人类基因组测序的进展924

24.2 基因组学的应用930

24.2.1　功能基因组学的研究技术930

24.2.2　定位克隆933

24.2.3　功能基因组学的应用936

文框24.1　遗传筛选中常见的问题944

24.2.4　其他应用946

24.2.5　生物信息学947

24.2.6　蛋白组学947

本章概要950

复习题952

推荐阅读材料953

词汇表955

索引1001