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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DNA 18

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RNA 66

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 tRNA 115

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PCR 167

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DAG 311

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——HIV 351

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——HBV 364

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