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第1章 绪论 1

1.1引言 2

1.1.1创世说与进化论 2

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的发现与基因学说的创立 6

1.1.5不同的遗传方式可能存在于不同的生物体中 8

1.2分子生物学简史 9

1.3分子生物学主要研究内容 13

1.3.1重组DNA技术（基因工程） 13

1.3.2基因表达调控研究 15

1.3.3生物大分子的结构功能研究（结构分子生物学） 16

1.3.4基因组、功能基因组与生物信息学研究 16

1.4展望 17

思考题 18

主要参考文献 18

第2章 染色体与DNA 21

2.1染色体 23

2.1.1染色体概述 23

2.1.2真核细胞染色体的组成 25

2.1.3原核生物基因组 33

2.2 DNA的结构 35

2.2.1 DNA的一级结构 35

2.2.2 DNA的二级结构 36

2.2.3 DNA的高级结构 41

2.3 DNA的复制 42

2.3.1 DNA的半保留复制 42

2.3.2 DNA复制的一些基本概念 43

2.3.3 DNA复制的几种主要方式 46

2.4原核生物和真核生物DNA复制的特点 50

2.4.1原核生物DNA复制的特点 50

2.4.2真核生物DNA复制的特点 54

2.4.3 DNA复制的调控 56

2.5 DNA的修复 57

2.5.1错配修复 58

2.5.2切除修复 59

2.5.3重组修复 61

2.5.4 DNA的直接修复 61

2.5.5 SOS反应 61

2.6 DNA的转座 62

2.6.1转座子的分类和结构特征 62

2.6.2真核生物中的转座子 63

2.6.3转座作用的机制 64

2.6.4转座作用的遗传学效应 65

2.7 SNP的理论与应用 66

2.7.1 SNP概述 66

2.7.2 SNP的检测技术 67

2.7.3 SNP的应用 69

思考题 70

第3章 生物信息的传递（上）——从DNA到RNA 71

3.1 RNA的结构、分类和功能 73

3.1.1 RNA的结构特点 73

3.1.2 RNA在细胞中的分布 73

3.1.3 RNA的功能 74

3.2 RNA转录的基本过程 74

3.2.1模板识别 74

3.2.2转录起始 75

3.2.3转录延伸 77

3.2.4转录终止 78

3.3转录机器的主要成分——RNA聚合酶 81

3.3.1原核生物RNA聚合酶 81

3.3.2真核生物RNA聚合酶 83

3.4启动子与转录起始 85

3.4.1启动子区的基本结构 85

3.4.2启动子区的识别 87

3.4.3 RNA聚合酶与启动子区的结合 87

3.4.4-10区与-35区的最佳间距 88

3.4.5增强子及其功能 89

3.4.6真核生物启动子对转录的影响 89

3.4.7转录的抑制 92

3.5原核生物与真核生物转录产物比较 93

3.6原核生物与真核生物mRNA的特征比较 93

3.6.1原核生物mRNA的特征 93

3.6.2真核生物mRNA的特征 96

3.7 真核生物RNA的转录后加工 99

3.7.1真核生物RNA中的内含子 99

3.7.2真核生物tRNA前体的转录后加工 100

3.7.3真核生物rRNA前体的转录后加工 100

3.7.4真核生物mRNA的剪接 100

3.8 RNA的编辑、再编码和化学修饰 108

3.8.1 RNA的编辑 108

3.8.2 RNA的再编码 110

3.8.3 RNA的化学修饰 110

3.8.4核酶 110

3.8.5 RNA在生物进化中的地位 112

思考题 113

第4章 生物信息的传递（下）——从mRNA到蛋白质 115

4.1遗传密码——三联子 116

4.1.1三联子密码及其破译 117

4.1.2遗传密码的性质 119

4.2 tRNA 123

4.2.1 tRNA的三叶草形二级结构 123

4.2.2 tRNA的L形三级结构 125

4.2.3 tRNA的功能 126

4.2.4 tRNA的种类 127

4.2.5氨酰-tRNA合成酶 128

4.3核糖体 128

4.3.1核糖体的结构 130

4.3.2核糖体的功能 134

4.4蛋白质合成的生物学机制 134

4.4.1氨基酸的活化 135

4.4.2翻译的起始 137

4.4.3肽链的延伸 139

4.4.4肽链的终止 143

4.4.5蛋白质前体的加工 144

4.4.6蛋白质的折叠 146

4.4.7蛋白质合成的抑制剂 148

4.5蛋白质运转机制 150

4.5.1翻译-运转同步机制 151

4.5.2翻译后运转机制 154

4.5.3核定位蛋白的运转机制 157

4.6蛋白质的修饰、降解与稳定性研究 159

4.6.1泛素化修饰介导的蛋白质降解 159

4.6.2蛋白质的SUMOylation 161

4.6.3蛋白质的NEDDylation 162

4.6.4蛋白质的一级结构对蛋白质稳定性的影响 163

思考题 164

第5章 分子生物学研究法（上）—— DNA、RNA及蛋白质操作技术 165

5.1重组DNA技术史话 166

5.2 DNA基本操作技术 173

5.2.1核酸凝胶电泳 173

5.2.2细菌转化 175

5.2.3聚合酶链式反应技术 177

5.2.4实时定量PCR 178

5.2.5重亚硫酸盐测序技术 181

5.2.6基因组DNA文库的构建 183

5.3 RNA基本操作技术 185

5.3.1总RNA的提取 185

5.3.2 mRNA的纯化 186

5.3.3 cDNA的合成 187

5.3.4 cDNA文库的构建 188

5.3.5基因文库的筛选 189

5.4基因克隆技术 190

5.4.1 RACE技术 191

5.4.2应用cDNA差示分析法克隆基因 192

5.4.3 Gateway大规模克隆技术 193

5.4.4基因的图位克隆法 193

5.4.5热不对称交错多聚酶链式反应克隆T-DNA插入位点侧翼序列 195

5.5蛋白质与蛋白质组学技术 196

5.5.1双向电泳技术 197

5.5.2荧光差异显示双向电泳技术 198

5.5.3蛋白质质谱分析技术 198

思考题 200

第6章 分子生物学研究法（下）——基因功能研究技术 203

6.1基因表达研究技术 204

6.1.1转录组测序 204

6.1.2 RNA的选择性剪接技术 207

6.1.3原位杂交技术 209

6.1.4基因定点突变技术 209

6.2基因敲除技术 212

6.2.1基本原理 212

6.2.2高等动物基因敲除技术 214

6.2.3植物基因敲除技术 218

6.3蛋白质及RNA相互作用技术 219

6.3.1酵母单杂交系统 219

6.3.2酵母双杂交系统 220

6.3.3蛋白质相互作用技术 221

6.3.4染色质免疫共沉淀技术 225

6.3.5 RNA干涉技术及其应用 227

6.4基因芯片及数据分析 228

6.4.1基因芯片技术原理 228

6.4.2基因芯片的点制过程 229

6.4.3基因芯片数据分析 229

6.5利用酵母鉴定靶基因功能 231

6.5.1酵母的遗传学和分子生物学简介 231

6.5.2酵母基因转化与性状互补 233

6.5.3外源基因在酵母中的功能鉴定 233

6.6 其他分子生物学技术 234

6.6.1凝胶滞缓实验 234

6.6.2噬菌体展示技术 235

6.6.3蛋白质磷酸化分析技术 237

6.6.4蛋白质免疫印迹与抗体制备 239

6.6.5细胞定位及染色技术 242

思考题 243

第7章 原核基因表达调控 245

7.1原核基因表达调控总论 247

7.1.1原核基因表达调控分类 248

7.1.2原核基因表达调控的主要特点 250

7.1.3弱化子对基因活性的影响 251

7.1.4降解物对基因活性的调节 252

7.1.5细菌的应急反应 252

7.2乳糖操纵子与负控诱导系统 252

7.2.1酶的诱导——lac体系受调控的证据 253

7.2.2操纵子模型及其影响因子 254

7.2.3 lac操纵子DNA的调控区域——P、O区 260

7.2.4 lac操纵子中的其他问题 260

7.3色氨酸操纵子与负控阻遏系统 261

7.3.1 trp操纵子的阻遏系统 264

7.3.2弱化子与前导肽 264

7.3.3 trp操纵子弱化机制的实验依据 267

7.3.4 trp操纵子的其他调控机制 268

7.4其他操纵子 270

7.4.1半乳糖操纵子 270

7.4.2阿拉伯糖操纵子 272

7.4.3阻遏蛋白LexA的降解与细菌中的SOS应答 275

7.4.4二组分调控系统和信号转导 276

7.4.5多启动子调控的操纵子 276

7.5固氮基因调控 277

7.5.1固氮酶 278

7.5.2与固氮有关的基因及其表达调控 279

7.5.3根瘤的产生以及根瘤相关基因的调控 280

7.6 转录水平上的其他调控方式 282

7.6.1 σ因子的调节作用 282

7.6.2组蛋白类似蛋白的调节作用 283

7.6.3转录调控因子的作用 283

7.6.4抗终止因子的调节作用 284

7.7转录后调控 285

7.7.1 mRNA自身结构元件对翻译的调节 285

7.7.2 mRNA稳定性对转录水平的影响 287

7.7.3调节蛋白的调控作用 288

7.7.4反义RNA的调节作用 289

7.7.5稀有密码子对翻译的影响 289

7.7.6重叠基因对翻译的影响 290

7.7.7翻译的阻遏 291

7.7.8魔斑核苷酸水平对翻译的影响 291

思考题 292

第8章 真核基因表达调控 293

8.1真核基因表达调控相关概念和一般规律 294

8.1.1基因表达的基本概念 294

8.1.2真核基因的断裂结构 294

8.1.3基因家族 297

8.1.4基因表达的方式和特点 300

8.1.5真核基因表达调控一般规律 301

8.2真核基因表达的转录水平调控 302

8.2.1真核基因的一般结构特征 302

8.2.2增强子及其对转录的影响 305

8.2.3反式作用因子 306

8.3真核基因表达的染色质修饰和表观遗传调控 315

8.3.1真核生物DNA水平上的基因表达调控 315

8.3.2 DNA甲基化与基因活性的调控 319

8.3.3组蛋白乙酰化对基因表达的影响 323

8.3.4组蛋白甲基化对于真核基因表达的调控 327

8.4基因沉默对真核基因表达的调控 331

8.4.1基因沉默的相关概念 331

8.4.2干扰小RNA 332

8.4.3 miRNA 337

8.5真核基因其他水平上的表达调控 341

8.5.1蛋白质磷酸化对基因转录的调控 341

8.5.2蛋白质乙酰化对转录活性的影响 345

8.5.3激素对基因表达的影响 347

8.5.4热激蛋白对基因表达的影响 350

8.5.5 RNA的加工成熟 353

8.5.6翻译水平调控 357

思考题 360

第9章 疾病与人类健康 361

9.1肿瘤与癌症 362

9.1.1反转录病毒致癌基因 363

9.1.2原癌基因（细胞转化基因）产物及其分类 367

9.1.3原癌基因的表达调控 369

9.1.4基因互作与癌基因表达 372

9.2人类免疫缺陷病毒——HIV 375

9.2.1 HIV病毒颗粒的形态结构及传播 375

9.2.2 HIV基因组及其编码的蛋白 376

9.2.3 HIV的复制 379

9.2.4 HIV基因表达调控 380

9.2.5 HIV的感染及致病机理 385

9.2.6艾滋病的治疗及预防 386

9.3乙型肝炎病毒——HBV 387

9.3.1肝炎病毒的分类及病毒粒子结构 387

9.3.2乙肝病毒基因组及其所编码的主要蛋白 388

9.3.3 HBV的复制 391

9.4人禽流感的分子机制 392

9.4.1人禽流感病毒特点及分型 393

9.4.2禽流感病毒进入细胞及其转录与复制 393

9.4.3禽流感病毒感染人类的机制 395

9.5严重急性呼吸综合征的分子机制 396

9.5.1严重急性呼吸综合征冠状病毒的结构与分类 396

9.5.2 SARS-CoV的基因组结构 397

9.5.3 SARS-CoV的侵染过程 398

9.5.4 SARS-CoV病毒的起源及变异 399

9.6 基因治疗 399

9.6.1基因治疗的主要途径 400

9.6.2基因治疗中的病毒载体 400

9.6.3基因治疗中的非病毒载体 404

思考题 405

第10章 基因与发育 407

10.1果蝇的发育与调控 408

10.1.1卵子发育与卵裂 409

10.1.2胚胎发育 410

10.1.3果蝇的末端系统及背腹极性基因与发育调控 414

10.1.4果蝇的同源异形基因 414

10.2高等植物花发育的基因调控 415

10.2.1植物的花器官结构 415

10.2.2调控花器官发育的主要基因 416

10.2.3花器官发育的“ABC”模型 418

10.2.4启动花发生的分生组织决定基因 420

10.3控制植物开花时间的分子机理 422

10.3.1光周期途径 422

10.3.2春化作用 429

10.3.3开花途径的整合 430

思考题 432

第11章 基因组与比较基因组学 433

11.1人类基因组计划 435

11.1.1遗传图 435

11.1.2物理图 439

11.1.3转录图 440

11.1.4全序列图 441

11.2高通量DNA序列分析技术 443

11.2.1 Sanger DNA序列测定基本原理 443

11.2.2基因组DNA大片段文库的构建 444

11.2.3鸟枪法序列测定技术及其改良 445

11.2.4 Sanger测序法的改进及新一代测序技术 447

11.3新测序平台的应用 454

11.4其他代表性基因组 455

11.4.1大肠杆菌基因组 456

11.4.2酵母基因组 458

11.4.3拟南芥基因组 459

11.4.4水稻基因组 460

11.4.5家蚕基因组 461

11.4.6鸡基因组 462

11.5比较基因组学（comparative genomics）研究 463

思考题 466

主要参考书目 467

名词解释 468

后记 478

索引 479