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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 2

1.1.3 经典的生物化学和遗传学 4

1.1.4 DNA的发现 6

1.2 分子生物学简史 8

1.3 分子生物学的研究内容 10

1.3.1 DNA重组技术(又称基因工程) 11

1.3.2 基因表达调控研究 12

1.3.3 生物大分子的结构功能研究(又称结构分子生物学) 13

1.4 分子生物学展望 14

2 染色体与DNA 17

2.1 染色体 17

2.1.1 染色体概述 17

2.1.2 真核细胞染色体的组成 19

2.1.3 原核生物基因组 26

2.2 DNA的结构 28

2.2.1 DNA的一级结构 28

2.2.2 DNA的二级结构 29

2.2.3 DNA的高级结构 34

2.3 DNA的复制 35

2.3.1 DNA的半保留复制机理 35

2.3.2 复制的起点、方向和速度 36

2.3.3 复制的几种主要方式 38

2.4 原核和真核生物DNA的复制特点 39

2.4.1 原核生物DNA的复制特点 39

2.4.2 真核生物DNA的复制特点 42

2.4.3 DNA复制的调控 43

2.5 DNA的转座 50

2.5.1 转座子的分类和结构特征 50

2.5.2 转座作用的机制 52

2.5.3 转座作用的遗体学效应 52

2.5.4 真核生物中的转座子 54

2.5.5 转座子Tn10的调控机制 59

3 从DNA到蛋白质 61

3.1 遗传密码--三联子 62

3.1.1 三联子密码及其破译 62

3.1.2 遗传密码的性质 64

3.2 tRNA 67

3.2.1 tRNA的高级结构 69

3.2.2 tRNA的功能 70

3.2.3 tRNA的种类 72

3.2.4 AA-tRNA合成酶 73

3.3 核糖体 74

3.3.1 核糖体的结构 75

3.3.2 rRNA 77

3.3.3 核糖体的功能 78

3.3.4 与蛋白质合成有关的因子 79

3.4 信使核糖核酸 81

3.4.1 原核生物mRNA的特征 81

3.4.2 真核生物mRNA的特征 85

3.4.3 RNA聚合酶 88

3.4.4 终止和抗终止 91

3.5 蛋白质合成的生物学机制 94

3.5.1 氨基酸活化和肽链的起始 94

3.5.2 肽链的延伸和终止 98

3.5.3 蛋白质前体的加工 99

3.5.4 蛋白质内含子与蛋白质剪接 101

3.5.5 蛋白质合成抑制剂 103

3.5.6 RNA分子在生物进化中的地位 104

3.6 蛋白质转运机制 104

3.6.1 翻译-转运同步机制 106

3.6.2 翻译后的转运机制 109

3.6.3 蛋白质跨膜转运的分子机制 113

4 原核基因表达调控 117

4.1 原核基因调控总论 118

4.1.1 转录调节的类型 119

4.1.2 启动子与转录起始 122

4.1.3 RNA聚合酶与启动子的相互作用 125

4.1.4 环腺苷酸受体蛋白对转录的调控 128

4.2 乳糖操纵子 129

4.2.1 酶的诱导--lac体系受调控的证据 130

4.2.2 操纵子模型 132

4.2.3 lac操纵子DNA的调控区域--P、O区 137

4.2.4 lac操纵子中的其它问题 138

4.3 色氨酸操纵子 139

4.3.1 trp操纵子的阻遏系统 140

4.3.2 弱化子与前导肽 141

4.3.3 trp操纵子弱化机制的实验依据 144

4.3.4 阻遏作用与弱化作用的协调 145

4.4 其他操纵子 146

4.4.1 半乳糖操纵子 146

4.4.2 阿拉伯糖操纵子 150

4.4.3 组氨酸操纵子 154

4.4.4 recA操纵子 156

4.4.5 多启动子调控的操纵子 157

4.5 λ噬菌体基因表达调控 158

4.5.1 λ噬菌体 158

4.5.2 λ噬菌体基因组 159

4.5.3 溶原化循环和溶菌途径的建立 160

4.5.4 λ噬菌体的调控区及λ阻遏物的发现 162

4.5.5 CⅠ蛋白和Cro蛋白 164

4.6 转录后调控 165

4.6.1 稀有密码子对翻译的影响 165

4.6.2 重叠基因对翻译的影响 165

4.6.3 poly(A)对翻译的影响 166

4.6.4 翻译的阻遏 167

4.6.5 RNA的高级结构对翻译的影响 167

4.6.6 RNA-RNA相互作用对翻译的影响 168

4.6.7 魔斑核苷酸水平对翻译的影响 168

5 真核生物基因调控原理 170

5.1 真核细胞的基因结构 171

5.1.1 基因家族(gene family) 172

5.1.2 真核基因的断裂结构 175

5.1.3 真核生物DNA水平的调控 177

5.2 顺式作用元件与基因调控 181

5.2.1 Britten-Davidson模型 182

5.2.2 染色质结构对转录的影响 183

5.2.3 启动子及其对转录的影响 185

5.2.4 增强子及其对转录的影响 193

5.3 反式作用因子对转录的调控 195

5.3.1 CAAT区结合蛋白CTF／NF1 196

5.3.2 TATA和GC区结合蛋白 198

5.3.3 RNA聚合酶Ⅲ及其下游启动区结合蛋白 200

5.3.4 其它转录因子及分子机制 204

5.4 激素及其影响 210

5.4.1 固醇类激素的作用机理 212

5.4.2 多肽激素的作用机理 213

5.4.3 激素的受体 217

5.5 其他水平上的基因调控 218

5.5.1 RNA的加工成熟 219

5.5.2 翻译水平的调控 224

5.5.3 蛋白质的加工成熟 232

6 植物代谢与基因表达 236

6.1 植物激素代谢与分子调控 236

6.1.1 赤霉素对基因表达的调控 236

6.1.2 乙烯与植物基因表达 243

6.1.3 脱落酸参与的基因表达 248

6.1.4 生长素与基因表达 252

6.2 光与植物的基因表达 254

6.2.1 叶绿体的功能与组成 255

6.2.2 叶绿体基因组 256

6.2.3 叶绿体核糖体和蛋白质合成 261

6.2.4 光信号对基因表达的调控 262

6.2.5 光敏色素与基因调控 268

6.3 植物防御系统 270

6.3.1 病原微生物对宿主的侵染 272

6.3.2 植物与病原的相互关系 274

6.3.3 植物次生代谢在抗病反应中的地位 276

6.3.4 防御反应的“基因对基因”模式 279

6.3.5 防御基因诱导表达调控的机制 282

6.4 固氮基因调控 285

6.4.1 根瘤的结构 286

6.4.2 固氮酶 287

6.4.3 与固氮有关的基因及其调控 288

6.4.4 寄主植物基因型对共生体系的影响 294

6.5 种子贮藏蛋白与基因的组织特异性表达 295

6.5.1 贮藏蛋白简介 295

6.5.2 玉米醇溶蛋白基因 296

6.5.3 β伴大豆球蛋白基因 301

6.5.4 水稻种子贮藏蛋白基因 303

7 高等动物的基因表达 305

7.1 基因表达与DNA甲基化 305

7.1.1 DNA的甲基化 305

7.1.2 DNA甲基化对基因转录的抑制机理 308

7.1.3 DNA甲基化与X染色体失活 311

7.1.4 DNA甲基化与转座及细胞癌变的关系 314

7.2 蛋白质磷酸化与信号传导 315

7.2.1 细胞内蛋白激酶的种类与功能 315

7.2.2 信号的传导 321

7.3 免疫球蛋白基因 326

7.3.1 免疫球蛋白的分子结构 326

7.3.2 免疫球蛋白基因结构 330

7.3.3 Ig基因重排与DNA的多样性 332

7.3.4 免疫球蛋白基因表达 336

7.3.5 T细胞抗原受体(TCR)基因表达 337

7.4 主要组织相容性复合体的表达调控 339

7.4.1 主要组织相容性复合体概述 339

7.4.1 MHC的细胞特异性表达及发育调控 343

7.5 其他重要系统的基因调控 347

7.5.1 一氧化氮对基因表达的影响 347

7.5.2 SWI-SNF复合物与转录的起始 349

7.5.3 分子伴侣的功能 352

7.5.4 同源转换区与同源域蛋白 357

7.6 癌症与癌基因活化 360

7.6.1 反转录病毒致癌基因 360

7.6.2 细胞转化基因 364

7.6.3 原癌基因(C-jun、C-fos)及其调控 368

7.6.4 癌基因和生长因子的关系 370

8 病毒的分子生物学 373

8.1 病毒的结构及基因组成 373

8.2 单链单组分RNA病毒--烟草花叶病毒 374

8.2.1 基因组结构 375

8.2.2 TMV侵染和复制 376

8.2.3 TMV病毒粒子的组装 381

8.3 单链多组分RNA病毒--甜菜坏死黄脉病毒 387

8.3.1 病毒的侵染和传播 387

8.3.2 病毒基因组结构及编码产物 387

8.3.3 基因产物在侵染传播及症状表达方面的作用 390

8.3.4 BNYVV不同RNA组分非翻译区对病毒复制和组装的影响 392

8.4 双链多给分RNA病毒--水稻矮缩病毒 393

8.4.1 水稻矮缩病毒的侵染和复制 395

8.4.2 RDV基因组结构及编码蛋白的功能分析 397

8.5 双链DNA植物病毒--花椰菜花叶病毒 402

8.5.1 病毒基因组结构 403

8.5.2 病毒的转录与复制 404

8.5.3 编码的蛋白与功能 407

8.6 植物病毒在细胞之间的运动 410

8.6.1 胞间连丝 410

8.6.2 运动蛋白 411

8.6.3 植物病毒运动蛋白与胞间连丝的相互作用 413

8.6.4 运动蛋白与病毒核酸的相互作用 413

8.7 人免疫缺损病毒--HIV 414

8.7.1 HIV病毒粒子的形态结构和传染 414

8.7.2 HIV基因组及其编码的蛋白 416

8.7.3 HIV的复制 417

8.7.4 HIVⅠ基因的表达调控 419

8.8 乙型肝炎病毒--HBV 424

8.8.1 肝炎病毒的分类地位及病毒粒子结构 425

8.8.2 乙肝病毒的基因组及其编码的主要蛋白 425

8.8.3 HBV的复制 429

8.9 SV40病毒 430

8.9.1 病毒基因组及其编码的蛋白 431

8.9.2 SV40基因的转录调控 432

9 植物基因工程 435

9.1 植物基因转化 435

9.1.1 目的基因的分离和鉴定 435

9.1.2 植物表达载体的构建 440

9.1.3 植物的遗传转化 441

9.1.4 转化植物细胞的筛选及转基因植物的鉴定 451

9.2 基因工程与植物虫害防御 452

9.2.1 苏云金杆菌δ-内毒素基因的研究进展 452

9.2.2 Bt毒蛋白基因的改造及其在农业上的应用 454

9.2.3 其他抗虫基因在农业上的应用 459

9.3 基因工程与植物的雄性不育 460

9.3.1 花粉发育的分子机制 460

9.3.2 植物雄性不育的形成 463

9.3.3 用植物基因工程的方法获得雄性不育株系 464

9.3.4 雄性不育的保持与恢复 465

10 基因工程产业化的现状与展望 467

10.1 生物技术与生物治疗 468

10.1.1 对多种病毒病有疗效的干扰素 468

10.1.2 白细胞介素在医学上的应用 469

10.1.3 基因治疗 471

10.1.4 我国基因工程新药主要研究进展 472

10.2 植物基因工程与绿色革命 473

10.2.1 利用转基因植物生产药用蛋白 474

10.2.2 以病毒为载体在植物中生产药用蛋白 475

10.2.3 改进植物品质及逆境适应性 475

10.2.4 抗除草剂研究 478

参考书目 480