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第1篇　基因 3

第1章　DNA是遗传物质 3

1.1 引言 3

1.2　DNA是细菌的遗传物质 4

1.3　DNA是病毒的遗传物质 6

1.4　DNA是动物细胞的遗传物质 7

1.5　多聚核苷酸链有与糖－磷酸骨架相连接的含氮碱基 7

1.6　DNA是双螺旋 9

1.7　超螺旋影响DNA的结构 11

1.8　DNA结构允许复制和转录 13

1.9　DNA复制是半保留式的 15

1.10　DNA链在复制叉上分开 16

1.11 DNA或RNA能提供遗传信息 18

1.12　核酸通过碱基配对而杂交 19

1.13　突变改变DNA序列 21

1.14　突变可作用于单个碱基对或更长的序列 23

1.15　突变的效应可被逆转 25

1.16　突变集中在热点上 26

1.17　许多热点是由已修饰的碱基产生的 27

1.18　基因组的大小迥异 29

1.19　小结 31

第2章　基因编码蛋白质 32

2.1 引言 32

2.2　一个基因编码一条多肽 33

2.3　同一基因中的突变不能互补 34

2.4　突变可造成功能丧失或功能获得 36

2.5　一个基因座可以有多个不同的突变型等位基因 37

2.6　一个基因座可以有不止一个野生型等位基因 38

2.7　通过DNA的物质交换而发生重组 39

2.8　重组概率取决于相隔距离 40

2.9　遗传密码是三联体 41

2.10　每一个序列都有三种可能的读码 43

2.11　基因表达蛋白质产物需要几个过程 45

2.12　蛋白质是反式作用但DNA上的位点是顺式作用 46

2.13　小结 48

第3章　基因可以是断裂的 49

3.1　引言 49

3.2 比较mRNA和DNA时第一次检出了断裂基因 50

3.3　断裂基因比对应的mRNA长很多 53

3.4　断裂基因的组织结构通常是保守的 54

3.5　外显子序列是保守的但内含子是变动的 55

3.6　基因的长度差别很大 57

3.7　有些DNA序列编码不止一种蛋白质 59

3.8　断裂基因是如何进化的？ 61

3.9　有些外显子可等同于蛋白质的功能 63

3.10　基因家族中的成员有共同的组织结构 64

3.11　假基因是进化的终端 65

3.12　小结 67

第4章　基因组的组成 68

4.1 引言 68

4.2　基因组可通过连锁、限制性切割或DNA序列来作图 69

4.3　个体的基因组显示广泛的变异 70

4.4　RFLPs和SNPs可用于遗传作图 72

4.5　为什么基因组如此之大？ 74

4.6　真核生物基因组含非重复DNA序列和重复DNA序列 77

4.7　外显子的保守性可用来分离基因 78

4.8　通过比较患者和正常人的DNA可鉴定出与疾病有关的基因 80

4.9　基因组组织结构的保守性有助于鉴定基因 82

4.10　细胞器含有DNA 84

4.11　线粒体基因组是编码细胞器蛋白质的环状DNA 85

4.12　叶绿体基因组编码许多种蛋白质和RNA 87

4.13　细胞器通过内共生而进化 88

4.14　小结 89

第5章　基因组序列和基因数目 91

5.1　引言 91

5.2　细菌基因数的差别超过一个数量级 93

5.3　几种真核生物已知的基因总数 95

5.4　人类基因组的基因数目少于预期数 97

5.5　基因组内基因和其他序列是如何分布的？ 99

5.6　Y染色体有几个雄性专一基因 101

5.7　基因有多少种类型？ 102

5.8　更复杂的物种通过增加新基因功能而进化 105

5.9　多少个基因是必不可少的？ 107

5.10　在真核生物的组织中约有一万个基因在不同水平上表达 109

5.11　表达的基因数可被一起测定 110

5.12　小结 112

第6章　成簇和重复 113

6.1 引言 113

6.2　基因倍增是进化的主力 115

6.3　珠蛋白基因簇是通过倍增和趋异形成的 116

6.4　序列趋异是进化钟的基础 119

6.5　从重复序列的趋异度可测定中性置换率 121

6.6　不等交换重排基因簇 122

6.7　rRNA基因形成包含一个固定转录单元的串联重复 125

6.8　交换固定可保持同一重复 128

6.9　卫星DNA常在异染色质中 131

6.10　节肢动物卫星DNA有极短的同一重复 133

6.11　哺乳动物卫星DNA有分级的重复序列 134

6.12　小卫星DNA对遗传图是有用的 137

6.13　小结 140

第2篇　蛋白质 143

第7章　信使RNA 143

7.1 引言 143

7.2　mRNA由转录产生并被翻译 144

7.3　转运RNA呈三叶草状 145

7.4　接受茎和反密码子在三级结构的两端 149

7.5　信使RNA被核糖体翻译 150

7.6　许多个核糖体结合一个mRNA 151

7.7　细菌信使RNA的生命周期 153

7.8　真核生物mRNA在其转录期间或在转录后被修饰 156

7.9　真核生物mRNA的5′端有一个帽 157

7.10　真核生物mRNA的3′端是多腺苷酸 159

7.11　细菌mRNA降解涉及多种酶 160

7.12　真核生物mRNA降解的两条通路 161

7.13　无义突变触发真核生物的监控系统 164

7.14　真核生物RNA被转运 165

7.15　mRNA可在细胞内定位 167

7.16　小结 169

第8章　蛋白质合成 171

8.1 引言 171

8.2　蛋白质合成包括起始、延伸和终止 173

8.3　特殊的机制控制蛋白质合成的精确性 176

8.4　细菌中的起始作用需要30S亚基和辅助因子 177

8.5　一种特殊的起始物tRNA开启多肽链合成 180

8.6 mRNA与30S亚基结合生成IF-2和fMet-tRNAf复合物的结合位点 182

8.7　真核生物的小亚基在mRNA上扫描寻找起始位点 184

8.8　延伸因子Tu把氨酰－tRNA放入A位 187

8.9　多肽链被转移到氨酰－tRNA 188

8.10　移位移动核糖体 189

8.11　延伸因子有选择地与核糖体结合 191

8.12　空载的tRNA使核糖体引发了应急反应 193

8.13　三种密码子终止蛋白质的合成并被一些蛋白质因子识别 195

8.14　核糖体RNA含有两种核糖体亚基 198

8.15　核糖体有几个活性中心 200

8.16　两种rRNA在蛋白质合成中都有活性 202

8.17　小结 204

第9章　使用遗传密码 207

9.1　引言 207

9.2　相关密码子代表相关氨基酸 207

9.3　密码子－反密码子识别涉及摆动 209

9.4　tRNA含修饰过的碱基 211

9.5　修饰的碱基影响反密码子－密码子配对 213

9.6　通用密码的个别例外 215

9.7　新的氨基酸可被插入某些终止密码子 216

9.8　tRNA通过合成酶而负载氨基酸 217

9.9　氨酰－tRNA合成酶分两类 219

9.10　合成酶的校对作用提高了精确性 220

9.11　抑制基因tRNA具有解读新密码子的突变反密码子 222

9.12　再编码改变密码子意义 226

9.13　滑动序列上发生移码 227

9.14　旁路分流涉及核糖体移动 229

9.15　小结 230

第10章　蛋白质定位需要特殊信号 231

10.1　引言 231

10.2　蛋白质可在翻译后移位或在翻译时移位 232

10.3　信号序列同SRP相互作用 234

10.4　SRP同SRP受体相互作用 236

10.5　移位子形成孔 239

10.6　翻译后的膜插入依赖于前导序列 240

10.7　细菌使用翻译时移位和翻译后移位 242

10.8　小结 244

第3篇　基因表达 249

第11章　转录 249

11.1　引言 249

11.2　未配对DNA的“泡”内通过碱基配对而发生转录 251

11.3　转录反应有三个阶段 253

11.4　晶体结构提示酶移动模型 255

11.5　RNA聚合酶由核心酶和σ因子组成 259

11.6　RNA聚合酶怎样寻找启动子序列？ 260

11.7　σ因子控制同DNA结合 262

11.8　启动子识别取决于一致序列 265

11.9　突变可提高或降低启动子的效率 267

11.10　超螺旋是转录的一个重要特性 268

11.11　σ因子的置换可控制起始 269

11.12　σ因子直接接触DNA 272

11.13　大肠杆菌有两类终止子 275

11.14　内在终止需要发夹和U富集区 276

11.15　ρ因子如何工作？ 277

11.16　抗终止是一种调控事件 279

11.17　小结 283

第12章　操纵子 285

12.1　引言 285

12.2　结构基因簇受协同调控 287

12.3　lac基因受阻遏物调控 288

12.4　lac操纵子可被诱导 289

12.5　阻遏物受小分子诱导物的控制 291

12.6　顺式作用的组成型突变鉴定操纵基因 292

12.7　反式作用突变鉴定调控基因 293

12.8　阻遏物是两个二聚体组成的一个四聚体 295

12.9 同操纵基因结合的阻遏物受构象中变构变化的调控 297

12.10　阻遏物结合三个操纵基因并同RNA聚合酶相互作用 298

12.11　操纵基因同低亲和力位点竞争结合阻遏物 300

12.12　多个基因座上可发生阻遏作用 302

12.13　操纵子可被阻遏或被诱导 303

12.14　环腺苷酸（cAMP）是一种诱导物，可激活CRP而作用于多个操纵子 304

12.15　翻译可被调控 305

12.16　小结 307

第13章　调控的RNA 309

13.1　引言 309

13.2　交替更迭的二级结构会影响翻译或转录 310

13.3　枯草芽孢杆菌的trp基因的终止受色氨酸和tRNATrp的调控 311

13.4　大肠杆菌色氨酸操纵子受弱化作用的调控 313

13.5　翻译可调控弱化作用 315

13.6　反义RNA可使基因表达失活 318

13.7　小RNA分子调控翻译 319

13.8　细菌有调控因子RNA 321

13.9　微RNA在许多真核生物中是调控因子 323

13.10　RNA干扰同基因沉默有关 324

13.11　小结 327

第14章　噬菌体策略 329

14.1　引言 329

14.2　裂解发育分两个阶段 330

14.3　裂解发育受级联反应控制 331

14.4　两类调控事件控制裂解级联反应 333

14.5　λ噬菌体的溶源性和裂解周期都使用即早期基因和迟早期基因 335

14.6　裂解周期依赖于抗终止 336

14.7　阻遏蛋白维持溶源性 338

14.8　阻遏物及其操纵基因界定免疫区 339

14.9　DNA结合型的阻遏物是一个二聚体 340

14.10　阻遏物用螺旋－转角－螺旋基序与DNA结合 342

14.11　阻遏物二聚体协同结合操纵基因 344

14.12　阻遏物保持一个自体性回路 345

14.13　协同相互作用提高调控的敏感性 346

14.14　建立溶源性需要cII基因和cIII基因 347

14.15　溶源性需要若干事件 348

14.16　烈性感染需要Cro阻遏物 350

14.17　什么决定了溶源性和裂解周期间的平衡？ 352

14.18　小结 353

第4篇　DNA复制和重组 357

第15章　复制子 357

15.1 引言 357

15.2　一个起始点通常起始双向复制 358

15.3　细菌基因组是单个环状复制子 359

15.4　细菌复制起始点的甲基化调控起始 361

15.5　真核生物的每条染色体有很多个复制子 363

15.6　复制起始点同ORC结合 364

15.7　准入因子控制再复制并由MCM蛋白质组成 365

15.8　小结 368

第16章　染色体外的复制子 370

16.1　引言 370

16.2　线性DNA的末端成了复制的一个问题 371

16.3　末端蛋白质能在病毒DNA两端起始复制 372

16.4　滚环产生复制子的多聚体 374

16.5　滚环被用来复制噬菌体基因组 376

16.6　F质粒通过细菌间的接合而转移 378

16.7　接合转移单链DNA 379

16.8　Ti细菌质粒把基因转入植物细胞 381

16.9　T-DNA的转移类似细菌的接合 382

16.10　小结 385

第17章　细菌复制同细胞周期相连接 387

17.1 引言 387

17.2　细菌可以有多叉染色体 388

17.3　隔膜把细菌一分为二，各有一条染色体 389

17.4　分裂或分离的突变都影响细胞的形状 390

17.5　隔膜生成需要FtsZ 392

17.6　min基因调控隔膜的位置 393

17.7　染色体分离可能需要位点专一重组 394

17.8　分拆把染色体分开 395

17.9　单拷贝质粒有一个分拆系统 397

17.10　质粒不相容性由复制子决定 399

17.11　线粒体是如何复制和分离的？ 400

17.12　小结 401

第18章　DNA复制 403

18.1　引言 403

18.2　DNA聚合酶是制造DNA的酶 404

18.3　DNA聚合酶控制复制的保真度 405

18.4　DNA聚合酶有一个共同的结构 406

18.5　两条DNA新链各有不同的合成模式 408

18.6　复制需要解旋酶和单链结合蛋白 409

18.7　DNA开始合成需要引发 410

18.8　DNA聚合酶全酶由亚复合物组成 412

18.9　箍钳控制核心酶同DNA的连接 413

18.10　后随链和前导链协同合成 414

18.11　连接酶把冈崎片段连接起来 417

18.12　真核生物的DNA聚合酶各自承担起始和延伸 418

18.13　在复制起始点上造出复制叉 420

18.14　重新开始复制需要引发体 421

18.15　小结 423

第19章　同源重组和位点专一重组 424

19.1　引言 424

19.2　断裂和复合涉及异源双链DNA 426

19.3　双链断裂启动重组 428

19.4　重组染色体由联会丝复合物连接 430

19.5　双链断裂后生成联会丝复合物 431

19.6　RecBCD产生用于重组的游离端 433

19.7　链转移蛋白质催化单链同化 434

19.8　Ruv系统解开Holliday连接 436

19.9　拓扑异构酶在DNA中放松或引入超螺旋 437

19.10　拓扑异构酶使链断裂和重新封合 438

19.11　位点专一重组类似拓扑异构酶活性 439

19.12　λ噬菌体中专一化重组涉及专一位点 441

19.13　重组改变酵母的交配型 443

19.14　受体MAT基因座启动单向转座 446

19.15　小结 447

第20章　修复系统处理DNA损伤 449

20.1 引言 449

20.2　突变损伤分两大类 451

20.3　大肠杆菌的切除修复系统 453

20.4　甲基化酶和糖基化酶使用碱基翻转 455

20.5　易错修复和增变表型 456

20.6　控制错配修复的方向 457

20.7　大肠杆菌的重组修复系统 460

20.8　重组对校正复制差错很重要 461

20.9　真核细胞有保守的修复系统 463

20.10　一个常见系统修复双链断裂 465

20.11　修复系统的缺陷造成肿瘤中突变的积聚 466

20.12　小结 467

第21章　转座子 469

21.1 引言 469

21.2　插入序列是简单的转座模块 470

21.3　复合转座子有IS模块 471

21.4　由复制机制和非复制机制发生的转座 472

21.5　转座子造成DNA重排 474

21.6　转座的共同中间体 476

21.7　通过一个共联体进行复制转座 477

21.8　通过断裂和复合进行非复制转座 479

21.9　TnA转座需要转座酶和解离酶 480

21.10　玉米的控制元件造成断裂和重排 482

21.11　控制元件形成转座子家族 484

21.12　P因子转座造成杂种败育 486

21.13　小结 489

第22章　反转录病毒和反转录转座子 491

22.1 引言 491

22.2　反转录病毒的生命周期涉及转座样事件 492

22.3　反转录病毒基因编码多蛋白质 493

22.4　反转录产生病毒DNA 494

22.5　病毒DNA整合进染色体 497

22.6　反转录病毒可以转导细胞序列 499

22.7　酵母Ty元件类似反转录病毒 500

22.8　黑腹果蝇（D.melanogaster）有很多转座元件 502

22.9　反转录转座子分成三类 502

22.10　Alu家族有很多散在分布的成员 504

22.11 已加工的假基因起源于转座的底物 505

22.12　LINES用内切核酸酶产生一个引发末端 506

22.13　小结 508

第23章　免疫系统中的重组 510

23.1 引言 510

23.2　免疫球蛋白基因由它们在淋巴细胞中的各个部分组装而成 512

23.3　一次重组组装成轻链 514

23.4　两次重组组装成重链 516

23.5　重组产生广泛的多样性 517

23.6　免疫重组使用两类一致序列 518

23.7　重组产生缺失或倒位 519

23.8　RAG蛋白质催化断裂和复合 521

23.9　一种新型DNA重组引起类型转换 523

23.10　胞嘧啶核苷脱氨酶和尿嘧啶糖基化酶诱发体细胞突变 527

23.11　鸟类免疫球蛋白由假基因组装而成 528

23.12　T细胞受体与免疫球蛋白相关 529

23.13　小结 531

第5篇　真核生物的基因表达 535

第24章　启动子和增强子 535

24.1　引言 535

24.2　真核生物的RNA聚合酶由许多亚基组成 537

24.3　RNA聚合酶Ⅰ有一个二连启动子 538

24.4　RNA聚合酶Ⅲ使用下游启动子和上游启动子 539

24.5　RNA聚合酶Ⅱ的起点 541

24.6　TBP是TFⅢD的组分并结合TATA框 542

24.7　在启动子上组装基本装置 545

24.8　起始以后清除启动子 546

24.9　短序列元件结合活化因子 549

24.10　增强子含有帮助起始的双向元件 550

24.11　增强子含有启动子中的相同元件 551

24.12　增强子的作用是提高启动子附近的活化因子浓度 552

24.13　CpG岛是调控的靶标 554

24.14　小结 555

第25章　调控真核基因的转录 556

25.1　引言 556

25.2　转录因子有几种类型 557

25.3　独立结构域结合DNA并激活转录 559

25.4　活化因子与基本装置相互作用 560

25.5　活化因子识别应答元件 562

25.6　DNA结合域有很多类型 564

25.7　锌指基序是一种DNA结合域 566

25.8　有些甾类激素受体是转录因子 567

25.9　甾类受体的锌指使用一种组合密码 568

25.10　配体结合激活了同应答元件的结合 571

25.11 同源异型域结合DNA中的相关靶标 571

25.12　螺旋－襻－螺旋蛋白质通过组合连接而相互作用 573

25.13　亮氨酸拉链参与二聚体形成 575

25.14　小结 576

第26章　RNA的剪接和加工 578

26.1　引言 578

26.2　核剪接连接处是一些短序列 579

26.3　剪接连接处是按对解读的 580

26.4　通过一个套马索进行前mRNA剪接 582

26.5　剪接需要snRNA 583

26.6　U1 snRNP启动剪接 585

26.7　E复合物指定剪接的RNA 586

26.8　5个snRNP形成剪接体 588

26.9　剪接同mRNA的输出相连接 591

26.10 Ⅱ类内含子通过形成套马索而自动剪接 592

26.11　选择性剪接涉及剪接连接处的区别使用 594

26.12　反式剪接反应使用小RNA 596

26.13　酵母tRNA的剪接涉及断裂和重接 597

26.14　mRNA 3′端是由切割和多腺苷酸化产生的 600

26.15　rRNA的加工需要小RNA 602

26.16　小结 604

第27章　催化的RNA 606

27.1　引言 606

27.2 Ⅰ类内含子通过转酯作用实现自我剪接 606

27.3 Ⅰ类内含子形成一种特征性的二级结构 610

27.4　酶性核酸有各种催化活性 610

27.5　有些Ⅰ类内含子编码发起移动的内切核酸酶 614

27.6　有些Ⅱ类内含子编码反转录酶 616

27.7　有些自身剪接的内含子需要成熟酶 617

27.8　类病毒有催化活性 618

27.9　RNA编辑发生在单个碱基上 620

27.10　RNA编辑受引导RNA指引 622

27.11　蛋白质剪接是自身催化的 625

27.12　小结 627

第6篇　细胞核 631

第28章　染色体 631

28.1 引言 631

28.2　病毒基因组包装在它们的外壳中 632

28.3　细菌的基因组是一个超螺旋的拟核 634

28.4　真核生物的DNA有附着在骨架上的襻和结构域 637

28.5　染色质分为常染色质和异染色质 638

28.6　染色体有带型 640

28.7　灯刷染色体是伸展的 641

28.8　多线染色体形成的条带在基因表达位点上膨突 642

28.9　着丝粒常有广泛的重复DNA 644

28.10　酿酒酵母着丝粒有蛋白质结合的短DNA序列 646

28.11　端粒有简单重复序列 648

28.12　一种核糖核蛋白酶合成端粒 650

28.13　小结 652

第29章　核小体 653

29.1　引言 653

29.2　核小体是所有染色质的亚基 654

29.3　DNA在核小体排列中盘绕 655

29.4　核小体有共同的结构 657

29.5　DNA结构在核小体表面上变动 658

29.6　核小体吸收一些超螺旋 660

29.7　核心颗粒的组构 661

29.8　核小体在染色质纤丝中的走向 664

29.9　染色质增殖需要组装核小体 665

29.10　核小体有专一的位置吗？ 668

29.11　转录移开了组蛋白八聚体 671

29.12　DNA酶超敏位点改变染色质结构 673

29.13　功能域界定含活性基因的区域 675

29.14　绝缘子阻断增强子和异染色质的作用 677

29.15　LCR可能控制功能域 679

29.16　由什么构成了调控功能域？ 680

29.17　小结 681

第30章　染色质结构是调控的焦点 683

30.1　引言 683

30.2　染色质重塑是一个活性过程 684

30.3　几种染色质重塑复合物 686

30.4　在启动子上可改变核小体的组织结构 687

30.5　组蛋白修饰是关键事件 688

30.6　两种情况下发生组蛋白乙酰化 690

30.7　乙酰化酶与活化因子相关联 691

30.8　去乙酰化酶与阻遏因子相关联 693

30.9　组蛋白和DNA的甲基化是相连系的 693

30.10　启动子激活是有序的系列事件 694

30.11　组蛋白磷酸化影响染色质结构 696

30.12　修饰染色质的蛋白质中有一些共同的基序 697

30.13　异染色质依赖于与组蛋白的相互作用 698

30.14　小结 701

第31章　表观遗传效应是遗传的 702

31.1　引言 702

31.2　异染色质从集结事件扩展播散 704

31.3　多梳和三胸与阻遏因子和活化因子相拮抗 706

31.4　X染色体经受全局变化 708

31.5　保持甲基化酶使DNA甲基化得以永存 711

31.6　DNA甲基化负责印记 713

31.7　酵母朊粒表现出异常的遗传 716

31.8　朊粒在哺乳动物中引起疾病 718

31.9　小结 720

第32章　遗传工程 722

32.1 引言 722

32.2　克隆载体用来扩增供体DNA 724

32.3　克隆载体可专用于不同目的 727

32.4　转染把外源DNA引入细胞 729

32.5　基因可被注入动物卵内 731

32.6　胚胎干细胞可掺入胎鼠 733

32.7　基因打靶可置换或剔除基因 734

32.8　小结 738

名词解释 739

索引 769