分子生物學(xué)

1 緒論1
1.1 分子生物學(xué)的概念1
1.2 分子生物學(xué)的研究內(nèi)容1
1.3 分子生物的發(fā)展和展望2
1.3.1 分子生物學(xué)的興起2
1.3.2 分子生物學(xué)的發(fā)展4
1.3.3 分子生物學(xué)的展望5
本章內(nèi)容提要6
思考題6
2 核酸的結(jié)構(gòu)和功能7
2.1 DNA是主要的遺傳物質(zhì)7
2.2 核酸的組成成分8
2.2.1 戊糖8
2.2.2 含氮堿基9
2.2.3 核苷10
2.2.4 核苷酸10
2.3 核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)13
2.4 DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)13
2.4.1 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)14
2.4.2 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)14
2.4.3 DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的其他類型16
2.5 DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)19
2.5.1 環(huán)狀DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)19
2.5.2 真核生物染色體的結(jié)構(gòu)20
2.6 RNA的結(jié)構(gòu)和功能23
2.6.1 tRNA23
2.6.2 rRNA24
2.6.3 mRNA和hnRNA25
2.6.4 snRNA和snoRNA25
2.6.5 asRNA和RNAi25
2.6.6 非編碼RNA的多樣性26
2.7 核酸的性質(zhì)27
2.7.1 一般理化性質(zhì)27
2.7.2 紫外吸收性質(zhì)28
2.7.3 核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性28
2.7.4 核酸的變性28
2.7.5 核酸的復(fù)性29
2.8 核酸的研究方法31
2.8.1 核酸的提取與沉淀31
2.8.2 核酸的電泳分離32
2.８.3 核酸的超速離心32
2.8.4 核酸的分子雜交33
2.８.5 DNA芯片技術(shù)及應(yīng)用34
2.８.6 DNA的化學(xué)合成34
2.9 核酸的序列測定35
2.9.1 鏈終止法35
2.9.2 焦磷酸測序技術(shù)37
本章內(nèi)容提要38
思考題40
3 基因和基因組41
3.1 基因的概念41
3.2 基因的類型43
3.2.1 基因家族和基因簇43
3.2.2 假基因45
3.2.3 重疊基因46
3.2.4 移動(dòng)基因46
3.2.5 斷裂基因46
3.3 基因組51
3.３.1 基因組的概念51
3.３.2 病毒的基因組52
3.3.3 原核生物的基因組55
3.4 真核生物的基因組57
3.4.1 真核生物基因組的特點(diǎn)57
3.4.2 真核生物基因組的重復(fù)序列58
3.4.3 線粒體基因組的結(jié)構(gòu)63
3.4.4 葉綠體基因組的結(jié)構(gòu)65
3.5 結(jié)構(gòu)基因組學(xué)66
3.5.1 遺傳圖譜和物理圖譜67
3.5.2 重疊群的建立67
3.5.3 高分辨率物理圖譜的制作68
3.5.4 序列測定69
3.5.5 基因定位71
3.6 功能基因組學(xué)71
3.6.1 功能基因組學(xué)的概念71
3.6.2 蛋白質(zhì)組學(xué)72
3.6.3 生物信息學(xué)75
本章內(nèi)容提要77
思考題79
4 DNA的生物合成80
4.1 DNA復(fù)制的概況80
4.1.1 DNA的半保留復(fù)制80
4.1.2 復(fù)制的起點(diǎn)和方向81
4.2 原核生物DNA的復(fù)制82
4.2.1 參與原核生物DNA復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)82
4.2.2 復(fù)制的起始88
4.2.3 DNA鏈的延伸89
4.2.4 復(fù)制的終止91
4.3 真核生物DNA的復(fù)制92
4.3.1 參與真核生物DNA復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)92
4.3.2 真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)93
4.3.3 真核生物DNA復(fù)制的過程94
4.3.4 端粒DNA的復(fù)制95
4.3.5 DNA復(fù)制與核小體組裝96
4.4 DNA復(fù)制的其他方式97
4.4.1 滾環(huán)復(fù)制97
4.4.2 取代環(huán)復(fù)制97
4.4.3 線形DNA末端復(fù)制的問題98
4.5 DNA復(fù)制的高度忠實(shí)性100
4.6 逆轉(zhuǎn)錄作用100
4.6.1 逆轉(zhuǎn)錄病毒的結(jié)構(gòu)101
4.6.2 cDNA的合成103
4.6.3 原病毒DNA的整合104
4.6.4 逆轉(zhuǎn)錄作用的生物學(xué)意義105
4.7 原核生物DNA復(fù)制的調(diào)控105
4.7.1 大腸桿菌染色體DNA復(fù)制的調(diào)控105
4.7.2 ColEl質(zhì)粒DNA復(fù)制的調(diào)控106
4.7.3 R6K質(zhì)粒DNA復(fù)制的調(diào)控106
4.7.4 單鏈DNA噬菌體復(fù)制的調(diào)控107
4.7.5 λ噬菌體DNA復(fù)制的調(diào)控107
4.8 真核生物DNA復(fù)制的調(diào)控107
4.8.1 SV40病毒DNA復(fù)制的調(diào)控108
4.8.2 腺病毒DNA復(fù)制的調(diào)控108
4.8.3 酵母染色體DNA復(fù)制的調(diào)控108
本章內(nèi)容提要109
思考題111
5 DNA的損傷與修復(fù)113
5.1 DNA損傷的產(chǎn)生113
5.1.1 DNA分子的自發(fā)性損傷113
5.1.2 物理因素引起的DNA損傷115
5.1.3 化學(xué)因素引起的DNA損傷116
5.2 基因的突變119
5.2.1 突變的類型119
5.2.2 突變的回復(fù)和校正120
5.2.3 誘變劑和致癌劑的檢測122
5.3 DNA損傷的修復(fù)122
5.3.1 直接修復(fù)122
5.3.2 切除修復(fù)124
5.3.3 錯(cuò)配修復(fù)129
5.3.4 雙鏈斷裂的修復(fù)130
5.4 損傷跨越131
5.4.1 重組跨越131
5.4.2 跨越合成132
5.5 DNA修復(fù)缺陷與癌癥的關(guān)系133
本章內(nèi)容提要134
思考題135
6 DNA重組和克隆137
6.1 同源重組137
6.1.1 同源重組的分子模型137
6.1.2 細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組139
6.1.3 細(xì)菌同源重組的酶學(xué)機(jī)制142
6.1.4 真核生物的同源重組143
6.2 位點(diǎn)特異性重組145
6.2.1 位點(diǎn)特異性重組的機(jī)制145
6.2.2 λ噬菌體DNA的整合與切除146
6.2.3 細(xì)菌的特異位點(diǎn)重組147
6.2.4 免疫球蛋白基因的V(D)J重組147
6.3 轉(zhuǎn)座重組149
6.3.1 轉(zhuǎn)座子的概念149
6.3.2 原核生物的轉(zhuǎn)座子150
6.3.3 真核生物的轉(zhuǎn)座子152
6.4 逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子155
6.4.1 逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)155
6.4.2 逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的生物學(xué)意義157
6.5 轉(zhuǎn)座的分子機(jī)制158
6.5.1 非復(fù)制型轉(zhuǎn)座158
6.5.2 復(fù)制型轉(zhuǎn)座158
6.6 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)160
6.6.1 PCR的基本原理160
6.6.2 PCR反應(yīng)體系的優(yōu)化161
6.6.3 PCR技術(shù)的擴(kuò)展162
6.7 DNA克隆163
6.7.1 用于DNA克隆的工具酶163
6.7.2 常用的克隆載體164
6.7.3 DNA分子的體外連接166
6.7.4 重組子導(dǎo)入受體細(xì)胞167
6.7.5 重組子的篩選167
6.7.6 基因組文庫的構(gòu)建169
6.7.7 cDNA文庫的構(gòu)建170
6.７.8 目的基因的來源170
6.8 克隆基因的表達(dá)171
6.8.1 檢測表達(dá)產(chǎn)物的方法171
6.８.2 外源基因在原核細(xì)胞中的表達(dá)173
6.８.3 外源基因在真核細(xì)胞中的表達(dá)175
6.9 轉(zhuǎn)基因植物和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物179
6.9.1 轉(zhuǎn)基因植物179
6.9.2 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物180
本章內(nèi)容提要181
思考題183
7 RNA的生物合成185
7.1 RNA生物合成的概況185
7.2 原核生物的轉(zhuǎn)錄186
7.2.1 原核生物的RNA聚合酶186
7.2.2 轉(zhuǎn)錄的起始188
7.2.3 RNA鏈的延伸190
7.2.4 轉(zhuǎn)錄的終止191
7.3 真核生物的轉(zhuǎn)錄193
7.3.1 真核生物轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)193
7.3.2 真核生物的RNA聚合酶193
7.3.3 RNA聚合酶Ⅱ催化的轉(zhuǎn)錄194
7.3.4 RNA聚合酶Ⅰ催化的轉(zhuǎn)錄198
7.3.5 RNA聚合酶Ⅲ催化的轉(zhuǎn)錄199
7.4 轉(zhuǎn)錄校對(duì)200
7.5 轉(zhuǎn)錄過程的選擇性抑制200
7.5.1 堿基類似物201
7.5.2 DNA模板功能的抑制劑201
7.5.3 RNA聚合酶的抑制物202
7.6 RNA復(fù)制203
7.6.1 RNA復(fù)制的特點(diǎn)203
7.6.2 雙鏈RNA病毒的RNA復(fù)制203
7.6.3 正鏈RNA病毒的RNA復(fù)制203
7.6.4 負(fù)鏈RNA病毒的RNA復(fù)制204
7.6.5 無模板的RNA合成205
本章內(nèi)容提要205
思考題207
8 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工208
8.1 原核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后加工208
8.1.1 原核生物tRNA前體的加工208
8.1.2 原核生物rRNA前體的加工209
8.1.3 原核生物mRNA前體的加工210
8.2 真核生物tRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工211
8.2.1 真核生物tRNA前體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)211
8.2.2 內(nèi)含子的剪接211
8.2.3 在3′端添加CCA212
8.2.4 核苷酸的修飾212
8.3 真核生物rRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工212
8.3.1 rRNA基因的結(jié)構(gòu)212
8.3.2 rRNA前體的核苷酸修飾213
8.3.3 rRNA前體的剪切214
8.4 真核生物mRNA前體的加工215
8.4.1 形成5′端帽子結(jié)構(gòu)215
8.4.2 形成3′端的多聚腺苷酸217
8.4.3 斷裂基因的拼接219
8.5 不同類型內(nèi)含子的比較222
8.5.1 Ⅰ型內(nèi)含子222
8.5.2 Ⅱ型內(nèi)含子223
8.5.3 內(nèi)含子剪接機(jī)制的比較225
8.6 核酶225
8.6.1 核酶的發(fā)現(xiàn)225
8.6.2 核酶的類型226
8.6.3 核酶的結(jié)構(gòu)226
本章內(nèi)容提要227
思考題229
9 蛋白質(zhì)的生物合成230
9.1 蛋白質(zhì)生物合成的概述230
9.1.1 mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板230
9.1.2 tRNA是氨基酸的運(yùn)載體232
9.1.3 核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所233
9.1.4 參與蛋白質(zhì)合成的各種輔因子235
9.2 遺傳密碼的破譯235
9.2.1 遺傳密碼是三聯(lián)體236
9.2.2 用人工合成的多聚核苷酸破譯遺傳密碼236
9.2.3 用人工合成的三核苷酸破譯遺傳密碼237
9.3 遺傳密碼的特性238
9.3.1 遺傳密碼是連續(xù)排列的三聯(lián)體238
9.3.2 起始密碼與終止密碼238
9.3.3 遺傳密碼的簡并性239
9.3.4 遺傳密碼的變偶性239
9.3.5 遺傳密碼的通用性240
9.3.6 遺傳密碼的防錯(cuò)系統(tǒng)241
9.3.7 可讀框242
9.4 氨酰tRNA的合成242
9.4.1 合成氨酰tRNA的反應(yīng)242
9.4.2 氨酰tRNA合成酶的特異性244
9.5 原核生物的蛋白質(zhì)合成245
9.5.1 原核生物肽鏈合成的起始245
9.5.2 原核生物肽鏈合成的延伸247
9.5.3 原核生物肽鏈合成的終止249
9.6 真核生物的蛋白質(zhì)合成250
9.6.1 真核生物肽鏈合成的起始250
9.6.2 真核生物肽鏈合成的延伸253
9.6.3 真核生物肽鏈合成的終止253
9.7 蛋白質(zhì)生物合成的抑制劑254
9.7.1 原核生物肽鏈合成的抑制劑254
9.7.2 真核生物肽鏈合成的抑制劑254
9.7.3 作用于原核生物和真核生物的肽鏈合成抑制劑255
本章內(nèi)容提要255
思考題256
10 肽鏈合成后的加工和輸送257
10.1 肽鏈合成后的加工257
10.1.1 肽鏈的剪接257
10.1.2 氨基酸殘基的修飾258
10.1.3 多肽鏈的折疊261
10.2 肽鏈合成后的定向輸送264
10.2.1 共翻譯途徑265
10.2.2 翻譯后途徑267
本章內(nèi)容提要271
思考題272
11 原核生物基因表達(dá)的調(diào)控273
11.1 原核生物基因表達(dá)調(diào)控的概述273
11.2 DNA水平的調(diào)控274
11.2.1 細(xì)菌DNA重排對(duì)基因表達(dá)的影響274
11.2.2 σ因子對(duì)原核生物轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控275
11.3 操縱子對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控276
11.3.1 操縱子的基本結(jié)構(gòu)277
11.3.2 乳糖操縱子278
11.3.3 阿拉伯糖操縱子281
11.3.4 色氨酸操縱子282
11.4 轉(zhuǎn)錄終止階段的調(diào)控285
11.4.1 抗終止作用286
11.4.2 弱化作用287
11.5 翻譯水平的調(diào)控287
11.5.1 mRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控288
11.5.2 mRNA穩(wěn)定性對(duì)翻譯的調(diào)節(jié)288
11.5.3 反義RNA對(duì)翻譯的調(diào)控289
11.5.4 蛋白質(zhì)合成的自體調(diào)控290
11.5.5 嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)與核糖體合成的調(diào)控293
11.6 核開關(guān)和群體感應(yīng)294
11.6.1 核開關(guān)294
11.6.2 群體感應(yīng)295
本章內(nèi)容提要296
思考題297
12 真核生物基因表達(dá)的調(diào)控298
12.1 真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)298
12.1.1 原核生物和真核生物基因表達(dá)調(diào)控的差別298
12.1.2 真核生物基因表達(dá)調(diào)控的層次299
12.2 染色體水平的調(diào)控300
12.2.1 異染色質(zhì)化對(duì)基因活性的影響300
12.2.2 組蛋白對(duì)基因活性的影響301
12.2.3 非組蛋白對(duì)基因活性的影響305
12.2.4 核基質(zhì)對(duì)基因活性的影響306
12.2.5 基因的丟失307
12.2.6 基因的擴(kuò)增307
12.3 染色體基因的重排308
12.3.1 免疫球蛋白基因的重排308
12.3.2 酵母交配型染色體的重排310
12.4 DNA水平的調(diào)控310
12.4.1 DNA的甲基化310
12.4.2 DNA甲基化對(duì)轉(zhuǎn)錄活性的影響311
12.5 真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控313
12.5.1 順式作用元件313
12.5.2 反式作用因子315
12.5.3 轉(zhuǎn)錄調(diào)控的作用機(jī)制319
12.5.4 固醇類激素對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控322
12.6 轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控325
12.6.1 可變剪接326
12.6.2 反式剪接328
12.6.3 RNA編輯329
12.6.4 RNA的轉(zhuǎn)運(yùn)330
12.7 翻譯水平的調(diào)控331
12.7.1 mRNA穩(wěn)定性對(duì)基因活性的影響331
12.7.2 翻譯起始階段的調(diào)控333
12.7.3 mRNA的選擇性翻譯335
12.7.4 RNA干擾導(dǎo)致的基因沉默336
12.8 翻譯后調(diào)控337
12.9 真核生物發(fā)育過程中的基因表達(dá)調(diào)控339
12.9.1 母性基因339
12.9.2 分節(jié)基因340
12.9.3 同源異型基因340
本章內(nèi)容提要342
思考題343
參考文獻(xiàn)345
中文索引346
英文縮寫詞索引351