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1　绪论 1

1.1　分子生物学的概念 1

1.2　分子生物学的研究内容 1

1.3　分子生物的发展和展望 2

1.3.1　分子生物学的兴起 2

1.3.2　分子生物学的发展 4

1.3.3　分子生物学的展望 5

本章内容提要 6

思考题 6

2　核酸的结构和功能 7

2.1 DNA是主要的遗传物质 7

2.2　核酸的组成成分 8

2.2.1　戊糖 8

2.2.2　含氮碱基 9

2.2.3　核苷 10

2.2.4　核苷酸 10

2.3　核酸的一级结构 13

2.4　DNA的二级结构 13

2.4.1 DNA双螺旋结构的实验依据 14

2.4.2　DNA双螺旋结构的要点 14

2.4.3　DNA二级结构的其他类型 16

2.5 DNA的高级结构 19

2.5.1 环状DNA的超螺旋结构 19

2.5.2　真核生物染色体的结构 20

2.6　RNA的结构和功能 23

2.6.1 tRNA 23

2.6.2 rRNA 24

2.6.3 mRNA和hnRNA 25

2.6.4 snRNA和snoRNA 25

2.6.5 asRNA和RNAi 25

2.6.6 非编码RNA的多样性 26

2.7　核酸的性质 27

2.7.1　一般理化性质 27

2.7.2　紫外吸收性质 28

2.7.3　核酸结构的稳定性 28

2.7.4　核酸的变性 28

2.7.5　核酸的复性 29

2.8　核酸的研究方法 31

2.8.1　核酸的提取与沉淀 31

2.8.2　核酸的电泳分离 32

2.8.3　核酸的超速离心 32

2.8.4　核酸的分子杂交 33

2.8.5 DNA芯片技术及应用 34

2.8.6　DNA的化学合成 34

2.9　核酸的序列测定 35

2.9.1　链终止法 35

2.9.2　焦磷酸测序技术 37

本章内容提要 38

思考题 40

3　基因和基因组 41

3.1　基因的概念 41

3.2　基因的类型 43

3.2.1　基因家族和基因簇 43

3.2.2　假基因 45

3.2.3　重叠基因 46

3.2.4　移动基因 46

3.2.5　断裂基因 46

3.3　基因组 51

3.3.1　基因组的概念 51

3.3.2　病毒的基因组 52

3.3.3　原核生物的基因组 55

3.4　真核生物的基因组 57

3.4.1　真核生物基因组的特点 57

3.4.2　真核生物基因组的重复序列 58

3.4.3　线粒体基因组的结构 63

3.4.4　叶绿体基因组的结构 65

3.5　结构基因组学 66

3.5.1　遗传图谱和物理图谱 67

3.5.2　重叠群的建立 67

3.5.3　高分辨率物理图谱的制作 68

3.5.4　序列测定 69

3.5.5　基因定位 71

3.6　功能基因组学 71

3.6.1　功能基因组学的概念 71

3.6.2　蛋白质组学 72

3.6.3　生物信息学 75

本章内容提要 77

思考题 79

4　DNA的生物合成 80

4.1 DNA复制的概况 80

4.1.1 DNA的半保留复制 80

4.1.2　复制的起点和方向 81

4.2　原核生物DNA的复制 82

4.2.1 参与原核生物DNA复制的酶和蛋白质 82

4.2.2　复制的起始 88

4.2.3　DNA链的延伸 89

4.2.4　复制的终止 91

4.3　真核生物DNA的复制 92

4.3.1 参与真核生物DNA复制的酶和蛋白质 92

4.3.2 真核生物DNA复制的特点 93

4.3.3 真核生物DNA复制的过程 94

4.3.4　端粒DNA的复制 95

4.3.5　DNA复制与核小体组装 96

4.4　DNA复制的其他方式 97

4.4.1　滚环复制 97

4.4.2　取代环复制 97

4.4.3 线形DNA末端复制的问题 98

4.5　DNA复制的高度忠实性 100

4.6　逆转录作用 100

4.6.1　逆转录病毒的结构 101

4.6.2　cDNA的合成 103

4.6.3　原病毒DNA的整合 104

4.6.4　逆转录作用的生物学意义 105

4.7　原核生物DNA复制的调控 105

4.7.1 大肠杆菌染色体DNA复制的调控 105

4.7.2 ColEl质粒DNA复制的调控 106

4.7.3 R6K质粒DNA复制的调控 106

4.7.4 单链DNA噬菌体复制的调控 107

4.7.5 λ噬菌体DNA复制的调控 107

4.8　真核生物DNA复制的调控 107

4.8.1 SV40病毒DNA复制的调控 108

4.8.2 腺病毒DNA复制的调控 108

4.8.3　酵母染色体DNA复制的调控 108

本章内容提要 109

思考题 111

5 DNA的损伤与修复 113

5.1 DNA损伤的产生 113

5.1.1　DNA分子的自发性损伤 113

5.1.2　物理因素引起的DNA损伤 115

5.1.3　化学因素引起的DNA损伤 116

5.2　基因的突变 119

5.2.1　突变的类型 119

5.2.2　突变的回复和校正 120

5.2.3　诱变剂和致癌剂的检测 122

5.3　DNA损伤的修复 122

5.3.1 直接修复 122

5.3.2　切除修复 124

5.3.3　错配修复 129

5.3.4　双链断裂的修复 130

5.4　损伤跨越 131

5.4.1　重组跨越 131

5.4.2　跨越合成 132

5.5　DNA修复缺陷与癌症的关系 133

本章内容提要 134

思考题 135

6 DNA重组和克隆 137

6.1 同源重组 137

6.1.1 同源重组的分子模型 137

6.1.2　细菌的基因转移与重组 139

6.1.3　细菌同源重组的酶学机制 142

6.1.4　真核生物的同源重组 143

6.2　位点特异性重组 145

6.2.1　位点特异性重组的机制 145

6.2.2 λ噬菌体DNA的整合与切除 146

6.2.3　细菌的特异位点重组 147

6.2.4 免疫球蛋白基因的V(D)J重组 147

6.3　转座重组 149

6.3.1　转座子的概念 149

6.3.2　原核生物的转座子 150

6.3.3　真核生物的转座子 152

6.4　逆转录转座子 155

6.4.1　逆转录转座子的结构 155

6.4.2　逆转录转座子的生物学意义 157

6.5　转座的分子机制 158

6.5.1　非复制型转座 158

6.5.2　复制型转座 158

6.6　聚合酶链式反应技术 160

6.6.1 PCR的基本原理 160

6.6.2　PCR反应体系的优化 161

6.6.3 PCR技术的扩展 162

6.7　DNA克隆 163

6.7.1 用于DNA克隆的工具酶 163

6.7.2　常用的克隆载体 164

6.7.3 DNA分子的体外连接 166

6.7.4　重组子导入受体细胞 167

6.7.5　重组子的筛选 167

6.7.6　基因组文库的构建 169

6.7.7　cDNA文库的构建 170

6.7.8 目的基因的来源 170

6.8　克隆基因的表达 171

6.8.1　检测表达产物的方法 171

6.8.2　外源基因在原核细胞中的表达 173

6.8.3　外源基因在真核细胞中的表达 175

6.9　转基因植物和转基因动物 179

6.9.1　转基因植物 179

6.9.2　转基因动物 180

本章内容提要 181

思考题 183

7 RNA的生物合成 185

7.1 RNA生物合成的概况 185

7.2　原核生物的转录 186

7.2.1 原核生物的RNA聚合酶 186

7.2.2　转录的起始 188

7.2.3　RNA链的延伸 190

7.2.4　转录的终止 191

7.3　真核生物的转录 193

7.3.1　真核生物转录的特点 193

7.3.2　真核生物的RNA聚合酶 193

7.3.3　RNA聚合酶Ⅱ催化的转录 194

7.3.4 RNA聚合酶Ⅰ催化的转录 198

7.3.5 RNA聚合酶Ⅲ催化的转录 199

7.4　转录校对 200

7.5　转录过程的选择性抑制 200

7.5.1　碱基类似物 201

7.5.2 DNA模板功能的抑制剂 201

7.5.3　RNA聚合酶的抑制物 202

7.6 RNA复制 203

7.6.1 RNA复制的特点 203

7.6.2 双链RNA病毒的RNA复制 203

7.6.3 正链RNA病毒的RNA复制 203

7.6.4 负链RNA病毒的RNA复制 204

7.6.5　无模板的RNA合成 205

本章内容提要 205

思考题 207

8　转录产物的加工 208

8.1 原核生物RNA的转录后加工 208

8.1.1　原核生物tRNA前体的加工 208

8.1.2　原核生物rRNA前体的加工 209

8.1.3　原核生物mRNA前体的加工 210

8.2 真核生物tRNA前体的转录后加工 211

8.2.1 真核生物tRNA前体的结构特点 211

8.2.2　内含子的剪接 211

8.2.3 在3'-端添加-CCA 212

8.2.4　核苷酸的修饰 212

8.3 真核生物rRNA前体的转录后加工 212

8.3.1 rRNA基因的结构 212

8.3.2　rRNA前体的核苷酸修饰 213

8.3.3　rRNA前体的剪切 214

8.4　真核生物mRNA前体的加工 215

8.4.1　形成5'-端帽子结构 215

8.4.2　形成3'-端的多聚腺苷酸 217

8.4.3　断裂基因的拼接 219

8.5　不同类型内含子的比较 222

8.5.1 Ⅰ型内含子 222

8.5.2　Ⅱ型内含子 223

8.5.3 内含子剪接机制的比较 225

8.6　核酶 225

8.6.1　核酶的发现 225

8.6.2　核酶的类型 226

8.6.3　核酶的结构 226

本章内容提要 227

思考题 229

9　蛋白质的生物合成 230

9.1　蛋白质生物合成的概述 230

9.1.1 mRNA是蛋白质合成的模板 230

9.1.2　tRNA是氨基酸的运载体 232

9.1.3　核糖体是蛋白质合成的场所 233

9.1.4　参与蛋白质合成的各种辅因子 235

9.2　遗传密码的破译 235

9.2.1　遗传密码是三联体 236

9.2.2　用人工合成的多聚核苷酸破译遗传密码 236

9.2.3　用人工合成的三核苷酸破译遗传密码 237

9.3　遗传密码的特性 238

9.3.1 遗传密码是连续排列的三联体 238

9.3.2　起始密码与终止密码 238

9.3.3　遗传密码的简并性 239

9.3.4　遗传密码的变偶性 239

9.3.5　遗传密码的通用性 240

9.3.6　遗传密码的防错系统 241

9.3.7　可读框 242

9.4　氨酰-tRNA的合成 242

9.4.1 合成氨酰-tRNA的反应 242

9.4.2　氨酰-tRNA合成酶的特异性 244

9.5　原核生物的蛋白质合成 245

9.5.1　原核生物肽链合成的起始 245

9.5.2　原核生物肽链合成的延伸 247

9.5.3　原核生物肽链合成的终止 249

9.6　真核生物的蛋白质合成 250

9.6.1　真核生物肽链合成的起始 250

9.6.2　真核生物肽链合成的延伸 253

9.6.3　真核生物肽链合成的终止 253

9.7　蛋白质生物合成的抑制剂 254

9.7.1 原核生物肽链合成的抑制剂 254

9.7.2　真核生物肽链合成的抑制剂 254

9.7.3　作用于原核生物和真核生物的肽链合成抑制剂 255

本章内容提要 255

思考题 256

10　肽链合成后的加工和输送 257

10.1　肽链合成后的加工 257

10.1.1　肽链的剪接 257

10.1.2　氨基酸残基的修饰 258

10.1.3　多肽链的折叠 261

10.2　肽链合成后的定向输送 264

10.2.1　共翻译途径 265

10.2.2　翻译后途径 267

本章内容提要 271

思考题 272

11　原核生物基因表达的调控 273

11.1　原核生物基因表达调控的概述 273

11.2　DNA水平的调控 274

11.2.1 细菌DNA重排对基因表达的影响 274

11.2.2　σ因子对原核生物转录起始的调控 275

11.3　操纵子对基因表达的调控 276

11.3.1　操纵子的基本结构 277

11.3.2　乳糖操纵子 278

11.3.3　阿拉伯糖操纵子 281

11.3.4　色氨酸操纵子 282

11.4　转录终止阶段的调控 285

11.4.1　抗终止作用 286

11.4.2　弱化作用 287

11.5　翻译水平的调控 287

11.5.1 mRNA二级结构对基因表达的调控 288

11.5.2　mRNA稳定性对翻译的调节 288

11.5.3　反义RNA对翻译的调控 289

11.5.4　蛋白质合成的自体调控 290

11.5.5　严谨反应与核糖体合成的调控 293

11.6　核开关和群体感应 294

11.6.1　核开关 294

11.6.2　群体感应 295

本章内容提要 296

思考题 297

12　真核生物基因表达的调控 298

12.1　真核生物基因表达调控的特点 298

12.1.1 原核生物和真核生物基因表达调控的差别 298

12.1.2　真核生物基因表达调控的层次 299

12.2　染色体水平的调控 300

12.2.1　异染色质化对基因活性的影响 300

12.2.2　组蛋白对基因活性的影响 301

12.2.3　非组蛋白对基因活性的影响 305

12.2.4　核基质对基因活性的影响 306

12.2.5　基因的丢失 307

12.2.6　基因的扩增 307

12.3　染色体基因的重排 308

12.3.1 免疫球蛋白基因的重排 308

12.3.2　酵母交配型染色体的重排 310

12.4　DNA水平的调控 310

12.4.1 DNA的甲基化 310

12.4.2 DNA甲基化对转录活性的影响 311

12.5　真核生物转录水平的调控 313

12.5.1　顺式作用元件 313

12.5.2　反式作用因子 315

12.5.3　转录调控的作用机制 319

12.5.4 固醇类激素对基因转录的调控 322

12.6　转录后水平的调控 325

12.6.1　可变剪接 326

12.6.2　反式剪接 328

12.6.3　RNA编辑 329

12.6.4　RNA的转运 330

12.7　翻译水平的调控 331

12.7.1 mRNA稳定性对基因活性的影响 331

12.7.2　翻译起始阶段的调控 333

12.7.3　mRNA的选择性翻译 335

12.7.4　RNA干扰导致的基因沉默 336

12.8　翻译后调控 337

12.9　真核生物发育过程中的基因表达调控 339

12.9.1　母性基因 339

12.9.2　分节基因 340

12.9.3　同源异型基因 340

本章内容提要 342

思考题 343

参考文献 345

中文索引 346

英文缩写词索引 351