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第一章 绪论 1

1.1分子生物学的概念 1

1.2分子生物学的内容 1

1.3分子生物与其他学科的关系 2

1.4分子生物的学习方法 3

提要 3

思考题 4

第二章 核酸的结构和功能 5

2.1 DNA是主要的遗传物质 5

2.2核酸的组成成分 6

2.2.1戊糖 6

2.2.2含氮碱基 7

2.2.3核苷 7

2.2.4核苷酸 8

2.3核酸的一级结构 11

2.4 DNA的二级结构 12

2.4.1双螺旋结构的实验依据 12

2.4.2 DNA双螺旋结构的要点 12

2.4.3 DNA二级结构的其他类型 14

2.5 DNA的高级结构 18

2.5.1环状DNA的超螺旋结构 18

2.5.2真核生物染色体的结构 20

2.6 RNA的结构和功能 21

2.6.1 tRNA 21

2.6.2 rRNA 23

2.6.3 mRNA和hnRNA 23

2.6.4 snRNA和snoRNA 24

2.6.5 asRNA和RNAi 24

2.6.6非编码RNA的多样性 24

2.7核酸的性质 25

2.7.1一般理化性质 25

2.7.2紫外吸收性质 26

2.7.3核酸结构的稳定性 27

2.7.4核酸的变性 27

2.7.5核酸的复性 28

2.8核酸的研究方法 29

2.8.1核酸的提取与沉淀 29

2.8.2核酸的电泳分离 30

2.8.3核酸的超速离心 31

2.8.4核酸的分子杂交 31

2.8.5 DNA芯片技术及应用 32

2.8.6 DNA的化学合成 33

2.9核酸的序列测定 33

2.9.1链终止法 33

2.9.2新一代高通量测序技术 35

提要 36

思考题 37

第三章 基因和基因组 39

3.1基因的概念 39

3.2基因的类型 41

3.2.1基因家族和基因簇 41

3.2.2假基因 43

3.2.3重叠基因 43

3.2.4移动基因 44

3.2.5断裂基因 44

3.3基因组 49

3.3.1基因组的概念 49

3.3.2病毒的基因组 50

3.3.3原核生物的基因组 50

3.4真核生物的基因组 52

3.4.1真核生物基因组的特点 52

3.4.2真核生物基因组的重复序列 53

3.4.3线粒体基因组的结构 57

3.4.4叶绿体基因组的结构 58

3.5结构基因组学 59

3.5.1遗传图谱和物理图谱 59

3.5.2重叠群的建立 60

3.5.3高分辨率物理图谱的制作 61

3.5.4序列测定 62

3.5.5基因定位 63

3.6功能基因组学 63

3.6.1功能基因组学的概念 63

3.6.2蛋白质组学 64

3.6.3生物信息学 68

提要 69

思考题 70

第四章 DNA的生物合成 72

4.1DNA复制的概况 72

4.1.1 DNA的半保留复制 72

4.1.2复制的起点和方向 73

4.2原核生物DNA的复制 74

4.2.1参与原核生物DNA复制的酶和蛋白质 74

4.2.2复制的起始 80

4.2.3 DNA链的延伸 81

4.2.4复制的终止 84

4.3真核生物DNA的复制 84

4.3.1参与真核生物DNA复制的酶和蛋白质 84

4.3.2真核生物DNA复制的特点 86

4.3.3真核生物DNA复制的过程 86

4.4 DNA复制的其他方式 90

4.4.1滚环复制 90

4.4.2取代环复制 90

4.4.3线形DNA末端复制的方式 92

4.5 DNA复制的高度忠实性 93

4.6逆转录作用 93

4.6.1逆转录病毒的结构 94

4.6.2 cDNA的合成 96

4.6.3原病毒DNA的整合 97

4.6.4逆转录作用的生物学意义 98

4.7原核生物DNA复制的调控 99

4.8真核生物DNA复制的调控 99

4.8.1 SV40病毒DNA复制的调控 100

4.8.2酵母染色体DNA复制的调控 100

4.9 DNA的体外合成——聚合酶链式反应 101

4.9.1 PCR的基本原理 101

4.9.2 PCR反应体系的优化 101

4.9.3 PCR技术的扩展 102

提要 103

思考题 105

第五章 DNA的损伤与修复 107

5.1 DNA损伤的产生 107

5.1.1 DNA分子的自发性损伤 107

5.1.2物理因素引起的DNA损伤 109

5.1.3化学因素引起的DNA损伤 111

5.1.4生物因素引起的DNA损伤 113

5.1.5环境诱变剂及其应用 114

5.2基因的突变 114

5.2.1突变的类型 114

5.2.2突变的回复和校正 116

5.2.3诱变剂和致癌剂的检测 117

5.3 DNA损伤的修复 118

5.3.1直接修复 118

5.3.2碱基切除修复 120

5.3.3核苷酸切除修复 121

5.3.4错配修复 125

5.3.5双链断裂的修复 127

5.4损伤跨越 129

5.4.1重组跨越 129

5.4.2跨越合成 130

5.5 DNA缺陷修复与癌症的关系 131

提要 132

思考题 133

第六章 DNA重组和克隆 134

6.1同源重组 134

6.1.1同源重组的分子模型 135

6.1.2细菌的基因转移与重组 137

6.1.3细菌同源重组的酶学机制 138

6.1.4真核生物的同源重组 140

6.2位点特异性重组 142

6.2.1位点特异性重组的机制 142

6.2.2 λ噬菌体DNA的整合与切除 143

6.2.3细菌的特异位点重组 144

6.2.4免疫球蛋白基因的V（D）J重组 144

6.3转座重组 147

6.3.1转座子的概念 147

6.3.2原核生物的转座子 147

6.3.3真核生物的转座子 150

6.4逆转座子 153

6.4.1逆转座子的结构 153

6.4.2逆转座子的生物学意义 156

6.5转座的分子机制 156

6.5.1非复制型转座 157

6.5.2复制型转座 157

6.6 DNA克隆 159

6.6.1用于DNA克隆的工具酶 159

6.6.2目的基因的来源 161

6.6.3常用的克隆载体 161

6.6.4 DNA分子的体外连接 163

6.6.5重组子导入受体细胞 165

6.6.6重组子的筛选 165

6.6.7基因组文库的构建 167

6.6.8 cDNA文库的构建 168

6.7克隆基因的表达 168

6.7.1检测表达产物的方法 169

6.7.2外源基因在原核细胞中的表达 170

6.7.3外源基因在真核细胞中的表达 172

6.8转基因植物和转基因动物 175

6.8.1转基因植物 175

6.8.2转基因动物 177

提要 178

思考题 180

第七章 RNA的生物合成 181

7.1RNA生物合成的概况 181

7.2原核生物的转录 182

7.2.1原核生物的RNA聚合酶 182

7.2.2转录起始位点的结构 184

7.2.3转录起始的过程 185

7.2.4 RNA链的延伸 186

7.2.5转录的终止 188

7.3真核生物的转录 189

7.3.1真核生物转录的特点 189

7.3.2真核生物的RNA聚合酶 190

7.3.3 RNA聚合酶Ⅱ催化的转录 191

7.3.4 RNA聚合酶Ⅰ催化的转录 195

7.3.5 RNA聚合酶Ⅱ催化的转录 196

7.4转录校对 198

7.5转录过程的选择性抑制 198

7.5.1碱基类似物 198

7.5.2 DNA模板功能的抑制剂 199

7.5.3 RNA聚合酶的抑制剂 199

7.6 RNA复制 200

7.6.1 RNA复制的特点 200

7.6.2双链RNA病毒的RNA复制 201

7.6.3正链RNA病毒的RNA复制 201

7.6.4负链RNA病毒的RNA复制 202

7.6.5无模板的RNA合成 203

提要 203

思考题 204

第八章 转录产物的加工 205

8.1原核生物RNA的转录后加工 205

8.1.1原核生物tRNA前体的加工 205

8.1.2原核生物rRNA前体的加工 206

8.1.3原核生物mRNA前体的加工 207

8.2真核生物tRNA前体的转录后加工 208

8.2.1真核生物tRNA前体的结构特点 208

8.2.2真核生物tRNA前体的加工过程 208

8.3真核生物rRNA前体的转录后加工 209

8.3.1 rRNA基因的结构 209

8.3.2 rRNA前体的核苷酸修饰 210

8.3.3 rRNA前体的剪切 211

8.4真核生物mRNA前体的加工 211

8.4.1形成5′端帽子结构 212

8.4.2形成3′端的多聚腺苷酸 213

8.4.3断裂基因的拼接 215

8.5不同类型内含子的比较 219

8.5.1Ⅰ型内含子 219

8.5.2 Ⅱ型内含子 220

8.5.3内含子剪接机制的比较 221

8.6核酶 221

8.6.1核酶的发现 221

8.6.2核酶的类型 222

8.6.3核酶的结构 222

提要 223

思考题 224

第九章 蛋白质的生物合成 226

9.1蛋白质生物合成的概述 226

9.1.1 mRNA是蛋白质合成的模板 226

9.1.2 tRNA是氨基酸的运载体 227

9.1.3核糖体是蛋白质合成的场所 228

9.1.4参与蛋白质合成的各种辅因子 229

9.2遗传密码的破译 230

9.2.1遗传密码是三联体 230

9.2.2用人工合成的多聚核苷酸破译遗传密码 231

9.2.3用人工合成的三核苷酸破译遗传密码 232

9.3遗传密码的特性 233

9.3.1遗传密码是连续排列的三联体 233

9.3.2起始密码与终止密码 233

9.3.3遗传密码的简并性 233

9.3.4遗传密码的变偶性 233

9.3.5遗传密码的通用性 234

9.3.6遗传密码的防错系统 235

9.3.7开放阅读框 235

9.4氨酰-tRNA的合成 235

9.4.1合成氨酰-tRNA的反应 235

9.4.2氨酰-tRNA合成酶的特异性 237

9.5原核生物的蛋白质合成 238

9.5.1原核生物肽链合成的起始 238

9.5.2原核生物肽链的延伸 239

9.5.3原核生物肽链合成的终止 241

9.6真核生物的蛋白质合成 243

9.6.1真核生物肽链合成的起始 243

9.6.2真核生物肽链的延伸 246

9.6.3真核生物肽链合成的终止 246

9.7蛋白质生物合成的抑制剂 246

9.7.1原核生物肽链合成的抑制剂 246

9.7.2真核生物肽链合成的抑制剂 247

9.7.3作用于原核生物和真核生物的肽链合成抑制剂 247

提要 248

思考题 249

第十章 肽链的加工和输送 250

10.1肽链的加工 250

10.1.1肽链的剪接 250

10.1.2氨基酸残基的修饰 251

10.1.3多肽链的折叠 254

10.2肽链的定向输送 258

10.2.1共翻译途径 258

10.2.2翻译后途径 261

提要 266

思考题 267

第十一章 原核生物基因表达的调控 268

11.1原核生物基因表达调控的概述 268

11.2 DNA水平的调控 269

11.2.1细菌DNA重排对基因表达的影响 269

11.2.2σ因子对原核生物转录起始的调控 269

11.3操纵子对基因表达的调控 271

11.3.1操纵子的基本结构 271

11.3.2乳糖操纵子 272

11.3.3阿拉伯糖操纵子 274

11.3.4色氨酸操纵子 275

11.4转录终止阶段的调控 278

11.5翻译水平的调控 279

11.5.1 mRNA结构对基因表达的调控 279

11.5.2 mRNA稳定性对翻译的调节 280

11.5.3反义RNA对翻译的调控 281

11.5.4蛋白质合成的自体调控 282

11.5.5严谨反应与CRISPR系统的调控 284

11.6核开关和群体感应 285

11.6.1核开关 286

11.6.2群体感应 286

提要 287

思考题 288

第十二章 真核生物基因表达的调控 289

12.1真核生物基因表达调控的特点 289

12.2染色体水平的调控 290

12.2.1异染色质化对基因活性的影响 290

12.2.2组蛋白对基因活性的影响 290

12.2.3非组蛋白对基因活性的影响 294

12.2.4核基质对基因活性的影响 295

12.2.5基因丢失 296

12.2.6基因扩增 296

12.3染色体重排 296

12.4 DNA水平的调控 297

12.4.1 DNA甲基化 297

12.4.2 DNA甲基化对转录活性的影响 297

12.5真核生物转录水平的调控 298

12.5.1顺式作用元件 298

12.5.2反式作用因子 300

12.5.3转录调控的作用机制 305

12.5.4固醇类激素对基因转录的调控 306

12.6转录后水平的调控 308

12.6.1可变剪接 308

12.6.2反式剪接 310

12.6.3 RNA编辑 312

12.6.4 RNA的转运 312

12.7翻译水平的调控 313

12.7.1 mRNA稳定性对基因活性的影响 313

12.7.2翻译起始阶段的调控 314

12.7.3 mRNA的选择性翻译 316

12.7.4 RNA干扰导致的基因沉默 316

12.8翻译后调控 318

12.9真核生物发育过程中的基因表达调控 320

12.9.1母性基因 320

12.9.2分节基因 320

12.9.3同源异型基因 321

提要 322

思考题 323

缩略词 324

参考文献 330