第Ⅰ部分 细胞导论 3
1 细胞和基因组 3
地球上细胞的共同特征 3
所有的细胞都以同样的线性化学密码（DNA）形式储存遗传信息 3
细胞通过依照模板的聚合作用复制遗传信息 4
所有的细胞都将其部分遗传信息转录成共同的中间体（RNA） 5
所有细胞都将蛋白质用作催化剂 7
所有细胞都以相同的方式将RNA翻译成蛋白质 8
相应于一种蛋白质的遗传信息片段就是一个基因 9
生命需要自由能 10
所有的细胞都是有着相同分子建造材料的生化工厂 11
细胞外被覆一层细胞膜，营养物质和废弃物必须通过细胞膜进出细胞 12
细胞的生存仅仅需要不到500个基因 12
小结 14
基因组的多样性及生命树 14
细胞可由多种自由能源提供能量 14
一些细胞可以为其他细胞固定氮及二氧化碳 16
原核细胞间的生化多样性是最为广泛的 16
生命树有三个基本分支：细菌、古细菌和真核生物 18
一些基因演化迅速，另一些则十分保守 19
大多数细菌和真细菌含有1000～4000个基因 20
新基因产生于先前存在的基因 21
基因复制引起单个细胞内相关基因家族的出现 21
基因可以在两个物种之间相互转移，这种现象在实验室和自然界都可以发生 23
物种中基因信息的水平交换是由性引起的 25
基因的功能常能根据其序列而推测 25
生命树上三个基本分支间有200多个基因家族相同 26
突变揭示基因的功能 27
分子生物学家将焦点对准了大肠杆菌 27
小结 28
真核生物的遗传信息 29
真核生物起源于捕食生物 29
真核细胞起源于共生体 31
真核生物有着杂和的基因组 33
真核生物的基因组非常庞大 33
真核基因组中有着丰富的调控DNA 34
基因组决定多细胞发育的进程 35
许多真核细胞以单细胞的形式存在，即原生生物 36
酵母是最小的真核模式生物 36
机体中所有基因的表达水平都同时受到监控 38
拟南芥——300000多种植物的模式物种 39
动物细胞的代表物种：线虫、果蝇、小鼠、人 40
果蝇的研究为脊椎动物发育学提供了钥匙 40
脊椎动物基因组是重复复制的产物 42
基因冗余对于遗传学家来说是个大问题，但却为进化中的物种提供了机会 43
小鼠是哺乳动物的模式生物 44
人类可以报道自身的特性 45
精确来说我们所有人都是不同的 45
小结 46
2 细胞的化学和生物合成 48
细胞的化学组成 48
细胞是由几种原子构成的 48
最外层电子决定原子的作用方式 51
电子的获得和丢失形成离子键 52
共价键是通过共用电子对形成的 53
存在几种不同类型的共价键 54
专题2-1 生物分子中常出现的化学键和化学基团 56
原子的行为常常表明它的半径似乎是固定的 58
专题2-2 水及其对生物分子行为的影响 59
水是细胞中含量最丰富的物质 61
某些极性分子在水中形成酸和碱 61
4种非共价相互作用帮助细胞内分子结合 62
细胞是由碳化合物构成 64
细胞含有4大类主要家族的有机小分子 64
专题2-3 结合大分子的主要类型的弱非共价键 65
糖类物质为细胞提供能量来源，也是多糖的亚单位 67
专题2-4 细胞内常见糖的一些类型的概述 69
脂肪酸是细胞膜的组成物质 71
氨基酸是蛋白质的亚单位 72
专题2-5 脂肪酸和其他的脂类 73
核苷酸是DNA和RNA的亚单位 77
专题2-6 核苷酸的概括 79
拥有显著特征的大分子在细胞化学中占据主要地位 81
非共价键不仅决定了大分子的精细形状，而且决定了它与其他分子的结合 82
小结 83
催化作用和细胞利用能量 84
细胞代谢是由酶组织的 84
细胞释放的热能使得生物有序性成为可能 86
专题2-7 自由能和生物反应 88
光合生物利用阳光合成有机分子 91
细胞通过氧化有机分子获取能量 91
氧化与还原涉及电子转移 93
酶降低了阻遏化学反应的障碍 94
酶是怎样找到底物的——迅速扩散极其重要 95
自由能变化决定反应能否发生 98
反应物浓度影响△G 98
对于连续反应，△G0值是可加和的 100
活化的载体分子对于生物合成必不可少 102
活化载体的生成与能量上有利的反应偶联 102
ATP是最广泛适用的活化载体分子 103
储存于ATP中的能量通常用于两个分子的接合 103
NADH和NADPH是重要的电子载体 105
细胞内还有许多其他的活化载体分子 107
生物聚合物的合成需要输入能量 108
小结 111
细胞怎样从食物中获取能量 112
食物分子分三个阶段分解产生ATP 113
糖酵解是生成ATP的中心途径 115
发酵使得在无氧条件下能够生成ATP 115
专题2-8 糖酵解途径中10个步骤的详细内容 117
糖酵解过程证实了酶是如何将氧化放能与能量储存偶联起来的 119
糖和脂肪都在线粒体分解为乙酰CoA 122
柠檬酸循环使乙酰CoA氧化成CO2，生成NADH 123
电子转移推动细胞内大多数ATP的合成 125
专题2-9 完整的三羧酸循环 127
有机体使用特殊的仓库储存食物分子 129
氨基酸和核酸参与了氮循环 132
许多生物合成途径起始于糖酵解作用或柠檬酸循环 132
代谢受到组织和调节 133
小结 135
3 蛋白质 138
蛋白质的形状和结构 138
蛋白质的形状特异性决定于其氨基酸序列 138
专题3-1 蛋白质中的20种氨基酸 141
蛋白质折叠为能量最低的构象 144
α螺旋和β折叠是常见的折叠模式 145
专题3-2 显示了4种不同的描述SH2结构域（真核细胞中有重要功能）的方式 147
结构域是蛋白结构的一个基本单位 149
可能的多肽链中只有少数是有用的 149
蛋白质可以形成有限的折叠模式 151
同源序列搜索可以鉴定亲缘关系 152
计算机技术可以将氨基酸序列归类为已知的蛋白质折叠模式 153
一些被称为模块的蛋白质结构域，形成了很多不同蛋白质的一部分 154
人类基因组编码一套复杂的蛋白质，很多仍然是未知 155
大的蛋白质通常包含不止一条多肽链 156
一些蛋白质形成长的螺旋状纤维 157
一个蛋白质分子可以形成长的、纤维状结构 159
共价交联稳定胞外蛋白 161
蛋白质分子通常作为大的结构分子的亚基 161
细胞内的很多结构是自组装的 163
复杂生物结构的形成需要辅助因子的帮助 165
小结 166
蛋白质的功能 167
所有的蛋白质都可以结合其他分子 167
蛋白质构象的细节决定了其化学性质 168
蛋白质家族成员序列比对可以发现重要的配体结合位点 169
蛋白质通过多种类型的接触面相互结合 170
抗体的结合位点是高度可变的 170
结合能力由平衡常数来衡量 171
酶是高效性和高度专一性的催化剂 172
底物的结合是酶促反应的第一步 174
专题3-3 用来研究酶的一些方法 175
酶通过选择性的稳定转换状态加速反应 177
酶可以同时产生酸催化和碱催化作用 177
溶菌酶揭示了酶是怎样发挥作用的 177
与小分子的高亲和性赋予了蛋白质额外的功能 181
多酶复合物帮助增加细胞代谢速率 182
酶的催化活性可以被调节 183
别构酶有两个或多个结合位点相互作用 184
两个配体如果其结合位点是偶联的，将会相互影响各自的结合性 184
对称的蛋白质分子的组装产生协同别构转换 186
原子水平上了解天冬氨酸转氨甲酰酶的别构转换 187
磷酸化会导致蛋白质的很多变化 188
真核细胞中有一大类蛋白激酶和蛋白磷酸（酯）酶 188
Cdk和Src蛋白激酶的调控显示了一个蛋白质是如何作为一个微芯片起作用的 191
蛋白质结合和水解GTP是普遍存在的细胞调节因子 192
调控蛋白通过决定GTP或者GDP结合来控制GTP结合蛋白的活性 193
大蛋白质的运动来自于小蛋白质 193
动力蛋白负责细胞中的大运动 196
膜结合转运蛋白利用能量将分子输送过膜 198
蛋白质通常形成巨大的复合体，以蛋白质机器的形式发挥功能 199
细胞功能的基础是复杂的蛋白质相互作用网络 199
小结 201
第Ⅱ部分 基本遗传机制 205
4 DNA与染色体 205
DNA的结构和功能 207
DNA分子由两条互补的核苷酸链组成 207
DNA的结构提供了一种遗传机制 210
真核生物中，DNA围在细胞核内 212
小结 213
染色体DNA及其在染色质纤维中的包装 213
真核生物DNA包装成一套染色体 213
染色体含有长串的基因 214
人类基因组的核苷酸序列揭示了基因在人体内是如何排列的 217
相关生物DNA之间的比较揭示DNA序列中存在保守区域和非保守的区域 220
染色体存在于细胞生命过程中的不同阶段 221
每个形成线性染色体的DNA分子都必须含有一个着丝粒、两个端粒和复制起点 222
染色体中的DNA分子高度凝聚 224
核小体是真核生物染色体结构的基本单位 224
核小体核心颗粒的结构揭示了DNA是如何包装的 226
核小体在DNA上的位置由DNA柔性和其他DNA结合蛋白质决定 227
核小体通常一起包装成一条致密的染色质纤维 229
ATP驱动的染色质重建装置改变了核小体结构 231
组蛋白尾的共价修饰可以对染色质产生深远的影响 232
小结 235
染色体的总体结构 235
灯刷染色体含有解凝聚的染色质环 235
果蝇多线染色体排列成交替的带和间带 237
在多线染色体中，带和间带都含有基因 239
单个多线染色体的带能作为一个单位进行解折叠和重折叠 240
异源染色质是高度组织的，通常会抑制基因表达 242
染色体末端存在一种特殊形式的异染色质 243
着丝粒也包装成异染色质 246
异染色质可能提供了一种抵制移动DNA元件的机制 249
有丝分裂染色体由处于最凝聚状态的染色质形成 250
每条有丝分裂染色体都含有巨大结构域这种特征模式 251
单个染色体占据间期细胞核内连续区域 253
小结 255
5 DNA复制、修复以及重组 257
DNA序列的维持 257
突变率极低 257
蛋白质中许多突变都是有害的，并被自然消除 258
据我们所知，低突变率对于生命是必需的 259
小结 259
DNA复制机制 259
碱基配对原则为DNA复制和修复提供了基础 259
DNA复制叉是不对称的 261
DNA复制的高度忠实性需要多种校对机制 263
只有以5′→3′方向进行的DNA复制能够对错误有效地加以校正 265
一种特殊的核苷酸聚合酶在后随链上合成短RNA引物分子 265
特殊蛋白质帮助打开复制叉前面的DNA双螺旋 268
移动的DNA聚合酶分子通过一个滑动的环保持与DNA的连接 269
复制叉上的蛋白质协同作用，形成一个复制机器 271
一种链指导的错配修复系统清除了逃过复制机器检查的复制错误 274
DNA拓扑异构酶防止复制期间DNA乱成团 275
真核生物和细菌的DNA复制过程相似 276
小结 279
染色体上DNA复制的起始与完成 280
DNA复制起始于复制起点 280
细菌染色体只有一个DNA复制起点 280
真核生物的染色体含有多个复制起点 281
在真核生物中DNA复制只在细胞周期的一段时间内进行 284
同一染色体上的不同区域在S期的不同时间进行复制 284
高度压缩的染色质复制较晚，而压缩程度较小的染色质中的基因倾向于较早复制 285
在一种简单真核生物芽殖酵母中确定的DNA序列充当复制起点 285
一个巨大的多亚基复合物结合在真核生物复制起点上 287
哺乳动物中指定复制起始的DNA序列曾一度难以确定 287
新的核小体在复制叉后面组装起来 288
端粒酶复制染色体的末端 289
端粒长度受到细胞和生物体的调控 292
小结 293
DNA修复 294
如果不存在DNA修复，自发的DNA损伤将迅速改变DNA序列 295
DNA双螺旋容易修复 296
DNA损伤可以通过多种途径加以清除 297
DNA碱基的化学促进损伤的发现 298
双链断裂被有效地修复 299
在对DNA损伤的应答中细胞能产生DNA修复酶 301
DNA损伤延迟了细胞周期的进程 302
小结 302
一般性重组 302
一般性重组由两个同源DNA分子间碱基配对互作指导进行 303
减数分裂重组由双链DNA断裂引起 304
DNA杂交为一般性重组中碱基配对步骤提供了一种简单模型 305
RecA蛋白及其同源蛋白质使DNA的一条单链能够与DNA双螺旋的同源区域配对 305
真核生物中存在RecA蛋白的多种同源蛋白质，它们每一种都特化后具有特异的功能 308
一般性重组常常涉及一个Holliday连接的形成 308
一般性重组能引起基因转换 309
一般性重组事件在有丝分裂和减数分裂细胞中倾向于产生不同的结果 311
错配校对防止两条不能配对的DNA序列之间发生任意重组 313
小结 314
位点特异性重组 314
可移动遗传元件能够通过转座或者保守机制进行移动 315
转座的位点特异性重组能将可移动遗传元件插入到任何DNA序列中 315
DNA转座子提供DNA断裂和连接机制进行转移 317
有些病毒利用转座的位点特异性重组将它们自身转移到宿主细胞染色体中 319
逆转录病毒样的逆转座子与逆转录病毒类似，但是缺少蛋白质衣壳 319
人类基因组大部分是由非反转录病毒的逆转座子组成 321
在不同生物中存在不同的占优势地位的转座元件 321
基因组序列揭示出转座元件发生过转移的大概时间 322
保守的位点特异性重组能可逆地重排DNA 323
保守的位点特异性重组能够用来打开或关闭基因 326
小结 327
6 细胞如何解读基因组 329
从DNA到RNA 331
部分DNA序列转录成RNA 331
转录产生与DNA一条链互补的RNA 332
细胞合成几种类型的RNA 336
编码在DNA中的信号告诉RNA聚合酶从哪里开始，又在哪里结束 336
转录起始和转录终止信号是不同的核苷酸序列 339
真核生物中转录起始需要许多蛋白质 341
RNA聚合酶Ⅱ需要通用转录因子 342
聚合酶Ⅱ也需要激活蛋白、介导蛋白以及染色质修饰蛋白 342
转录延伸在DNA中产生超螺旋张力 345
真核生物中转录延伸与RNA加工紧密偶联 347
RNA加帽是真核生物前体mRNA第一种修饰 348
RNA剪接从新转录的前体mRNA中除去内含子序列 350
核苷酸序列为在哪里进行剪接提供了信号 352
RNA剪接由剪接体完成 353
剪接体利用ATP水解提供能量形成各种复杂的RNA-RNA重排 353
对前体mRNA的有序影响有助于解释如何选择正确的剪接位点 355
另外一套snRNP剪接了动物和植物中一小部分内含子 357
RNA剪接表现出显著的可塑性 358
由剪接体催化进行的RNA剪接可能从自我剪接机制演变而来 359
RNA加工酶产生真核mRNA 3′端 361
成熟的真核mRNA选择性地输出细胞核 362
许多非编码RNA也在细胞核内合成和加工 364
核仁是生产核糖体的工厂 366
细胞核含有多种亚细胞核结构 368
小结 372
从RNA到蛋白质 372
mRNA序列编码在一套核苷酸三联体中 372
tRNA分子将氨基酸与mRNA中的密码子匹配 373
tRNA从细胞核输出前受到共价修饰 375
特异的酶将每个氨基酸与它合适的tRNA分子偶联起来 377
RNA合成酶进行的编辑确保了精确性 378
氨基酸加入到生长多肽链的C端 380
RNA信息在核糖体上解译 381
延伸因子推动翻译向前进行 383
核糖体是一种核酶 386
mRNA中的核苷酸序列提供了从哪里开始合成蛋白质的信号 388
终止密码子标记翻译的结束 390
蛋白质在多聚体核糖体上合成 391
质量控制机制在翻译的许多阶段发挥作用 393
标准遗传密码中存在较小的变动 393
许多原核生物蛋白质合成的抑制剂是有用的抗生素 396
蛋白质还在合成时就已开始折叠 396
分子伴侣帮助指导许多蛋白质的折叠 397
暴露的疏水区域为蛋白质质量控制提供了关键信号 400
蛋白酶体降解细胞内大部分新合成的蛋白质 401
一种复杂的泛素结合系统标记将要降解的蛋白质 402
许多蛋白质受到可调型破坏的控制 404
异常折叠的蛋白质能够积聚起来，引起破坏性的人类疾病 404
从DNA到蛋白质要经过许多步骤 407
小结 408
RNA世界与生命的起源 408
生命需要自我催化作用（自催化） 409
多聚核苷酸不仅能储存信息，还能够催化化学反应 409
在RNA世界之前可能存在一个前RNA世界 410
单链RNA分子能折叠成高度复杂的结构 411
自我复制的分子经历自然选择 412
蛋白质合成是怎样进化的 415
现今所有细胞利用DNA作为它们的遗传物质 417
小结 417
7 基因表达的调控 420
基因调控概述 420
多细胞生物中不同类型的细胞含有相同的DNA 421
不同类型的细胞合成不同系列的蛋白质 422
细胞能够改变基因的表达以应答外部信号 422
从DNA到RNA到蛋白质这条途径中，基因表达可以在许多步骤上受到调控 423
小结 425
基因调节蛋白中的DNA结合基序 425
运用细菌遗传学发现了基因调节蛋白 425
DNA螺旋的外侧可被蛋白质识别 426
DNA双螺旋的几何学特征由核苷酸序列决定 427
短DNA序列是遗传开关的基本组分 427
基因调节蛋白含有能够阅读DNA序列的结构基序 429
螺旋-转角-螺旋是最简单也是最常见的DNA结合基序之一 430
同源异型结构域蛋白构成一类特殊的螺旋-转角-螺旋蛋白质 432
存在许多种DNA结合锌指基序 432
β折叠也能识别DNA 433
亮氨酸拉链基序不仅介导DNA结合，而且介导蛋白质二聚化 435
异源二聚化扩大了基因调节蛋白所能识别的DNA序列种类 435
螺旋-环-螺旋也介导二聚化和DNA结合 436
还不能预测出所有基因调节蛋白识别的DNA序列 438
利用凝胶迁移率变动分析能容易地发现序列特异性DNA结合蛋白 439
DNA亲和层析使序列特异DNA结合蛋白的纯化更容易 441
可以确定出一个基因调节蛋白识别的DNA序列 442
染色质免疫沉淀技术可以在活细胞中鉴定出基因调节蛋白结合的DNA位点 444
小结 444
基因开关如何工作 444
色氨酸阻遏蛋白是在细菌中将基因打开或关闭的一种简单开关 444
转录激活蛋白将基因打开 446
一个转录激活蛋白和一个转录阻遏蛋白调控lac操纵子 447
真核细胞中转录调控很复杂 449
真核生物基因调节蛋白从距离调控基因表达 449
真核基因调控区由一个启动子和调节DNA序列组成 449
真核基因激活蛋白促进RNA聚合酶和通用转录因子在转录起始位点上的组装 451
真核基因激活蛋白修饰局部染色质结构 454
基因激活蛋白协同地发挥作用 456
真核基因阻遏蛋白能以不同的方式抑制转录 456
真核基因调节蛋白常常在DNA上装配成复合体 457
调节果蝇发育的复杂基因开关由较小的元件构造而成 459
果蝇eve基因受到组合调控的调节 461
哺乳动物复杂的基因调控区域也由简单的调节模块构成 463
绝缘子是防止真核基因调节蛋白影响远处基因的DNA序列 465
细菌利用可交换的RNA聚合酶亚基帮助调节基因转录 466
基因开关是逐渐进化而来 467
小结 468
产生特化细胞类型的分子遗传学机制 468
DNA重排介导了细菌的相转变 468
一组基因调节蛋白决定了芽殖酵母的细胞类型 470
两种彼此阻遏对方合成的蛋白决定了λ噬菌体的遗传状态 472
基因调节环路能用于组建记忆装置以及振荡器 473
昼夜节律钟以基因调节中的反馈环为基础 473
单个蛋白质可以协同一组基因的表达 476
一个关键基因调节蛋白的表达能够引发一整串下游基因的表达 476
真核生物中组合基因调控产生许多不同的细胞类型 478
单个基因调节蛋白能触发整个器官的形成 480
稳定的基因表达模式能够传递到子代细胞 481
染色质结构中广泛的染色体改变可以遗传 482
DNA甲基化模式在脊椎动物细胞分裂时可以遗传 485
脊椎动物利用DNA甲基化将基因锁定在沉默状态 486
基因组印迹需要DNA甲基化 487
哺乳动物中CG岛大约与20000个基因相连 489
小结 490
转录后调控 491
转录弱化作用引起一些RNA分子提前终止 491
选择性RNA剪接能从同一个基因产生不同形式的蛋白质 492
自从发现选择性剪接以后，已不得不对基因的定义做出修定 494
在果蝇中性别决定依赖于一系列可调型RNA剪接 494
RNA转录物切割和poly A加成的位点发生改变能使一个蛋白质的C端发生改变 496
RNA编辑能改变RNA信息的含义 497
从细胞核转运RNA可以受到调控 498
有些mRNA定位在细胞质中的特定区域 500
结合mRNA 5′和3′非翻译区的蛋白质介导了翻译负调控 502
一个起始因子的磷酸化整体上调节了蛋白质合成 503
在翻译起始位点上游AUG密码子上的起始能调节真核生物的翻译起始过程 504
内部核糖体进入位点提供了翻译调控的机会 505
mRNA稳定性的改变能调控基因表达 506
细胞质内poly A加成能调控翻译 508
无义介导mRNA降解在真核生物中用作一种mRNA监视系统 508
细胞利用RNA干扰来沉默基因表达 509
小结 510
基因组如何进化 511
拷贝和维持DNA的正常机制失灵引起基因组改变 511
两个物种基因组序列的差别与它们独自进化以来经历的时间长短呈比例 512
人类和黑猩猩的染色体非常相似 514
人类和小鼠染色体比较表明了基因组大规模的结构趋异是如何发生的 514
难以重构远古基因组的结构 515
在进化过程中，基因重复和趋异是产生遗传新颖性的关键来源 517
重复的基因发生趋异 518
珠蛋白基因家族的进化表明了DNA重复是怎样帮助生物进化的 519
外显子重组可以产生编码新蛋白质的基因 520
基因组序列给科学家留下尚待解开的谜 521
物种的遗传变异为基因组的进化提供了一幅精细的画面 522
小结 523
第Ⅲ部分 方法 529
8 操纵蛋白质、DNA和RNA 529
细胞分离和培养 530
从组织悬液中分离不同类型的细胞 530
细胞可以在培养皿中培养 532
在无血清，化学成分已知培养基中鉴别特定生长因子 533
真核细胞系是均质细胞的重要来源 534
细胞可以融合形成杂种细胞 535
杂交瘤细胞系是单克隆抗体的持久来源 536
小结 538
细胞组分的分离 538
可以通过超离心分离细胞器和大分子 538
在非细胞体系中可以解释的复杂细胞过程的分子细节 540
可以通过色谱分离蛋白质 541
亲和色谱利用了蛋白质上的特异性结合位点 543
蛋白质的大小和亚基组成可以通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定 543
超过1000种蛋白质可以在一次聚丙烯酰胺双向凝胶电泳中分离 545
选择性切割蛋白质产生不同的多肽片段组合 548
质谱可以用来进行肽段测序和蛋白质鉴定 549
小结 551
分离、克隆DNA和DNA测序 551
可以用限制性内切核酸酶将大分子DNA切成片段 552
凝胶电泳分离不同大小的DNA分子 554
纯化的DNA分子可在体外用同位素或化学标签进行特异标记 554
核酸杂交反应是检测特异性核苷酸序列的灵敏手段 555
DNA印迹法、RNA印迹法和电泳分离的核酸分子的杂交 558
用杂交技术可以在细胞或者染色体上对特定的核酸序列进行定位 560
可以从DNA文库中克隆基因 560
两种不同的DNA文库用于不同的目的 563
cDNA克隆含有不间断的编码序列 564
分离的DNA片段能够进行快速测序 565
核酸序列用于预测蛋白质的氨基酸序列 567
许多生物的基因组都全部测序完成 568
选择的基因片段可以经聚合酶链反应在试管中克隆 569
细胞内的蛋白质可以利用表达载体进行大量的表达 572
小结 574
分析蛋白质的结构和功能 574
蛋白质晶体的X射线衍射可以揭示蛋白质的准确结构 575
分子结构也可以通过核磁共振光谱学进行测定 576
序列相似性可以提供蛋白质功能的线索 577
融合蛋白可以用于分析蛋白质功能和在活细胞中追踪蛋白质 578
亲和层析和免疫沉淀可以测定相互关联的蛋白质 580
蛋白质-蛋白质相互作用可以用双杂交系统进行鉴定 581
噬菌体展示的方法也可以检测蛋白质相互作用 582
蛋白质相互作用可以利用表面等离子体共振来进行实时监测 583
DNA足迹法可以显示蛋白质在DNA分子上结合的位置 584
小结 586
研究基因的表达和功能 586
专题8-1 经典遗传学回顾 586
经典途径从随机突变开始 589
遗传学筛选鉴别突变体在细胞进程中的缺陷 590
互补测验可以揭示两个突变是否发生在同一个基因内部 591
基因定位可以通过连锁分析 592
寻找同源性可以帮助预测基因的功能 594
报道基因可以揭示基因何时何处表达 594
芯片可以一次监测数千种基因的表达 595
目标突变可以揭示基因功能 597
可以按照要求产生含有突变基因的细胞和动物 598
在细菌和一些低等真核生物中细胞中的正常基因可以直接被改造的突变基因代替 598
改造的基因可以用来在二倍体生物中产生特殊的显性失活突变 599
功能获得突变可为基因在细胞或生物体中发挥的功能提供线索 601
可以重新设计基因来产生有任何想要序列的蛋白质 602
改造的基因可以很容易地插入许多动物的生殖系 602
基因打靶可以产生缺失特异基因的转基因小鼠 602
转基因植物对细胞生物学和农业都是重要的 605
大量收集标记的敲除突变体为检测生物体中每个基因的功能提供了工具 607
小结 608
9 细胞显像 610
显微镜下观察细胞的结构 610
光学显微镜能分辨0.2μm的细节部分 613
用相差显微镜和微分干涉相差显微镜清晰地观察活细胞 614
电子技术用于增强和分析图像 615
用于显微镜观察的组织通常要被固定和切片 616
细胞中不同的成分可以被选择性染色 617
通过荧光显微技术对特定分子进行细胞定位 618
抗体可用于检测特定分子 620
使用光学显微镜进行复杂的三维物体成像是可能的 621
共聚焦显微镜通过滤去焦平面外的光获取光学截面 622
电子显微镜分辨细胞的细微结构 624
用于电子显微镜的生物标本需要特别准备 626
特定的大分子能用免疫金电子显微镜进行定位 626
用扫描电子显微镜获取表面图像 628
在透射电子显微镜的高分辨率下通过金属阴影来检测表面特征 629
冰冻断裂和冰冻蚀刻电子显微镜方法获取细胞内部的面层图像 630
负染色和低温电子显微成像术能在高分辨率下观察到大分子 632
多重图像能组合到一起提高分辨率 633
来源于不同方向的图像能被组合到一起进行三维重构 633
小结 634
观察活细胞中的分子 635
使用发光指示剂度量细胞内离子浓度的快速变化 635
几种将不透膜的分子导入细胞的方法 636
“笼状”前体分子的光感应活化作用促进了对细胞内动态的研究 637
绿色荧光蛋白用于标记活细胞或组织中的蛋白质 639
光除了用于对微小物体成像外还可用于操纵微小物体 640
可用放射性同位素标记的分子 641
放射性同位素作为示踪分子用于细胞和组织中 642
小结 643
第Ⅳ部分 细胞的内部构造 649
10 膜结构 649
脂双层 659
脂双层的流动性依赖于它的成分 653
质膜包含富含有鞘磷脂、胆固醇和某些膜蛋白的脂质筏 656
脂双层的不对称性在功能上是重要的 656
糖脂在所有质膜表面都有发现 658
小结 659
膜蛋白 659
膜蛋白可以通过多种方法和脂双层联在一起 659
大多数跨膜蛋白借助α螺旋构象的多肽链穿过脂双层 661
某些β折叠形成大的跨膜通道 662
许多膜蛋白被糖基化 663
用去污剂能溶解并纯化膜蛋白 665
用血影细胞来研究胞质内侧的质膜蛋白 667
血影蛋白是一个细胞骨架蛋白，通过非共价作用和红细胞膜的胞质面相连 668
血型糖蛋白用一个单个的α螺旋穿过红细胞的脂双层 669
红细胞中的带3蛋白是一个促进阴离子转运的多次跨膜蛋白 671
细菌视紫红质是一个质子泵，通过7个α螺旋穿过脂双层 672
膜蛋白通常形成大复合物来行使功能 673
许多膜蛋白在膜平面中扩散 674
细胞可以将蛋白质和脂分子限定在细胞膜中特定区域 677
细胞表面包被有糖残基 679
小结 680
11 小分子的膜运输和膜的电性质 682
膜运输的原则 683
无蛋白质脂双层对离子是高度不渗透的 683
膜运输蛋白可分为两大类：载体蛋白和通道蛋白 684
主动运输通过与能源偶联的载体蛋白介导 684
离子载体可用作增加膜对特异离子通透性的工具 685
小结 686
载体蛋白和膜的主动运输 686
主动运输可被离子梯度驱动 688
质膜中Na＋驱动的载体蛋白调节胞质溶胶pH 690
上皮细胞中载体蛋白的不对称分布是溶质跨细胞运输的基础 690
质膜的Na＋-K＋泵是一种ATPase 690
一些Ca2＋泵和H＋泵也是P型转运ATPase 693
Na＋-K＋泵是维持渗透平衡和稳定细胞体积所必需的 693
专题11-1 胞内水平衡：问题及其解决办法 695
合成ATP的膜结合酶是以相反方向起作用的转运ATPase 696
ABC运载体是膜转运蛋白的最大家族 697
小结 699
离子通道和膜的电特性 699
离子通道是离子选择性的并在开关两种状态之间转换 699
动物细胞中的膜电势主要依赖于K＋漏电通道和跨质膜K＋梯度 700
专题11-2 能斯特方程的推导 702
当Na＋-K＋泵停止时，静息电位仅缓慢下降 702
细菌K＋通道的三维结构证明离子通道如何起作用 703
神经细胞的功能依赖于它的纵长结构 705
电压门控阳离子通道在电兴奋细胞中产生动作电位 706
专题11-3 用乌贼巨轴突所做的一些经典实验 709
髓鞘形成增加动作电位在神经细胞中传播的速度和效率 711
膜片钳记录表明单个门通道是以全或无的形式开放 712
电压门控阳离子通道在进化上和结构上是相关的 713
递质门控离子通道在化学突触处将化学信号转换成电信号 713
化学突触可以是兴奋型的或是抑制性的 714
神经肌肉接头处的乙酰胆碱受体是递质门控阳离子通道 715
递质门控离子通道是精神活性药物的主要靶点 717
神经肌肉传递涉及5组不同离子通道的相继激活 717
各个神经元都是一个复杂计算装置 718
神经计算至少需要3类K＋通道的组合 720
哺乳动物海马中的长程增强效应（LTP）依赖于Ca2＋通过NMDA受体通道的输入 722
小结 724
12 细胞内区域和蛋白质分选 727
细胞内的区域化 727
所有真核细胞具有一套相同的膜包被基本细胞器 727
膜包被的细胞器的形态学关系可以从进化发生的角度得到解释 730
蛋白质可以在各分隔之间以不同的方式运动 732
信号序列和信号斑引导蛋白质至细胞内的正确位置 733
专题12-1 研究信号序列和蛋白质跨膜运输的方法 735
大部分膜包被细胞器并不是从头形成：细胞器自身提供必需信息 736
小结 736
细胞核和细胞质间的分子运输 736
核孔复合体贯穿核被膜 737
核定位信号引导核内蛋白进入细胞核 738
细胞核输入受体结合核定位信号和核孔蛋白 739
细胞核输出和细胞核输入程序一样，方向相反 740
Ran GTP酶促使核孔复合体定向转运的发生 741
细胞通过调控进入转运装置的途径实现细胞核和细胞质基质间转运的调节 743
核被膜在有丝分裂过程中分解 744
小结 745
线粒体和叶绿体的蛋白质输入 745
蛋白质易位进入线粒体基质依赖于信号序列和蛋白质易位体 746
线粒体前体蛋白以伸展的多肽链形式输入线粒体 747
线粒体前体蛋白从内膜和外膜的接触点输入线粒体基质 748
ATP的水解和H＋梯度驱动蛋白质输入线粒体 749
线粒体hsp70催化的ATP水解重复循环使输入过程得以完成 750
转运插入线粒体内膜和进入膜间隙的蛋白质需要2个信号序列 751
引导蛋白质插入叶绿体的类囊体膜需要2个信号序列 752
小结 752
过氧化物酶体 754
过氧化物酶体利用氧分子和过氧化氢进行氧化反应 754
一个短的信号序列引导蛋白质输入过氧化物酶体 756
小结 756
内质网 757
膜旁核糖体定义糙面内质网 757
光面内质网在某些特殊细胞中大量存在 758
糙面内质网和光面内质网可以通过离心分离 760
信号序列是在输入糙面内质网的蛋白质中首次发现的 761
一种信号识别蛋白（SRP）引导内质网信号蛋白结合糙面内质网膜上特异性受体 762
多肽链通过易位体的含水孔道 763
内质网膜易位并不总要求多肽链同时进行延长 764
易位后大部分可溶性蛋白质的内质网信号序列被切除 765
在单次跨膜蛋白中，唯一的内质网内在信号序列以跨膜α螺旋的形式保留在类脂双层膜中 766
起始转移信号和终止转移信号的组合决定了多次跨膜蛋白的拓扑学结构 767
易位多肽链在糙面内质网腔中折叠组装 770
大多数糙面内质网中合成的蛋白质通过加N-连接寡糖而被糖基化 770
寡糖是标记蛋白质折叠状态的标签 772
未正确折叠的蛋白质被输出内质网在细胞质基质中降解 773
内质网中的错误折叠蛋白质可以引发蛋白质舒展反应 774
一些膜蛋白获得共价连接的糖基磷脂酰肌醇锚点 774
大多数类脂双层膜在内质网中组装 775
磷脂交换蛋白帮助从内质网中将磷脂运送至线粒体和过氧化物酶体 778
小结 778
13 细胞内的膜泡运输 781
膜转运的分子机制及各区室多样性的维持 782
专题13-1 研究囊泡运输的分子机制的方法 783
存在各种类型的有被囊泡 785
网格蛋白的装配驱动囊泡的形成 785
有被囊泡脱离质膜和去包被都是受调节的过程 787
不是所有的转运囊泡都是球形的 789
单体GTPase控制被膜的装配 789
SNARE蛋白和靶GTPase指导膜泡转运 790
相互作用的SNARE在重新行使功能前需要被掰开 792
Rab蛋白帮助确保膜泡锚定的特异性 792
SNARE可以调节膜融合 794
病毒融合蛋白和SNARE可能利用相似的机制起作用 795
小结 796
从内质网到高尔基体的运输 796
蛋白质被COPⅡ包被的运输泡运出内质网 797
只有正确折叠和装配的蛋白质才能离开内质网 798
从内质网到高尔基体的转运是由管状运输簇介导的 798
内质网回收途径利用分选信号 800
许多蛋白质被选择性地留在它们起功能的区室内 801
高尔基体酶跨膜区域的长度决定了它们的细胞定位 801
高尔基体是由一系列有序的间隔组成的 801
寡糖链在高尔基体中经过加工 803
蛋白聚糖是在高尔基体中装配的 804
糖基化的目的是什么？ 805
高尔基体由一系列有序的间隔组成 806
高尔基体中的运输可能是通过囊泡或高尔基体的成熟完成的 807
基质蛋白形成一个帮助高尔基体组织的动态的结构支架 808
小结 809
从高尔基体反面网状结构到溶酶体的运输 809
溶酶体是细胞内消化的主要部位 809
溶酶体是一种异质性细胞器 810
植物和真菌的液泡是多样性的溶酶体 811
物质运输到溶酶体的多条途径 811
6-磷酸甘露糖受体识别反面高尔基体网状结构中的溶酶体蛋白 812
M6P受体在特异的膜之间穿梭 813
溶酶体水解酶的一个信号区提供M6P添加的信号 813
GlcNAc磷酸转移酶的缺失引起人类一种溶酶体贮积病 814
溶酶体也可能经历胞吐途径 815
小结 815
从质膜进入细胞的物质运输：胞吞作用 815
大的颗粒性物质由特殊的吞噬细胞消化 815
胞吞泡由质膜上的有被小窝形成 816
并非所有的胞饮泡都是网格蛋白包被的 817
细胞通过受体介导的胞吞作用转运细胞外的大分子 818
不从胞内体返回的物质被送到溶酶体 820
有些特异的分子被从早期胞内体运回到质膜 820
在前往晚期溶酶体的途中形成多囊泡体 822
大分子能通过跨细胞作用穿过表皮细胞 823
表皮细胞有两种不同的早期胞内体但是只有一种晚期胞内体 825
小结 825
从高尔基体反面网状结构到胞外的运输：胞吐途径 826
许多蛋白质和脂类被自动地从高尔基体运到细胞表面 826
分泌泡从反面高尔基体网状结构出芽 826
分泌泡中的蛋白质在分泌泡形成的过程中通常要经历蛋白质水解过程 829
分泌泡停在质膜附近等待分泌信号以释放内含物 830
调节型分泌可以是一个质膜区及其下的胞质区的局部反应 830
分泌泡的膜组分被迅速地从质膜上移去 830
极性细胞指导蛋白质从反面高尔基网状结构到达质膜合适的区域 831
指导膜蛋白选择性地运到基底膜的胞质分选信号 832
脂筏可能介导到顶部质膜区的鞘糖脂和GPI锚定蛋白的筛选 832
突触泡可直接从内吞泡上形成 834
小结 834
14 能量转换：线粒体和叶绿体 837
线粒体 839
线粒体由内外两层膜和两个内部区隔组成的 841
柠檬酸循环产生高能电子 842
化学渗透过程将氧化能量转化成ATP 842
电子经3个大的呼吸过程酶复合体的催化由NADH传给O2 843
随着电子传递，能量以形成电化学梯度的方式储存 844
质子梯度驱动ATP合成 845
质子梯度驱动跨膜转运的机制 846
质子梯度是细胞中ATP的主要来源 848
细胞线粒体中ATP∶ADP比值很高 848
ATP在细胞中具有举足轻重的作用 848
ATP合酶还具有水解ATP和质子泵的功能 850
小结 851
电子传递链及其质子泵 851
容易移动的质子 851
氧化还原电势决定对电子吸引力的大小 852
专题14-1 氧化还原电位 853
电子传递释放大量的能量 854
呼吸链中的许多电子载体可用分光光度的方法来识别 854
线粒体内膜上镶嵌有呼吸作用三大酶复合体 856
细胞色素氧化酶的铁铜中心高效催化氧气还原 857
线粒体内膜上电子传递通过随机碰撞调节 859
呼吸作用三大酶复合体氧化还原电势的降低为H＋泵出提供能量 859
原子水平上对H＋泵的机制理解 860
H＋载体将电子传递和ATP合成过程分开 861
呼吸控制正常情况下抑制链中电子的传递 861
机体自身的解偶联剂将褐色脂肪组织中的线粒体转变成生热器 862
细菌也利用化学渗透机制获取能量 862
小结 863
叶绿体和光合作用 863
叶绿体是质体家族中的一员 864
叶绿体类似线粒体但内含有许多区室化的囊泡 864
叶绿体利用光能进行碳的固定 866
核酮糖二磷酸羧化酶催化碳固定 867
每固定1分子CO2需要消耗3分子的ATP和2分子的NADPH 867
某些植物的固碳反应通过区隔化来满足低二氧化碳浓度下的生长 868
光合作用依赖于叶绿素分子的光化学特性 870
一个光合体系是由一个反应中心加一个天线复合体组成的 870
在反应中心，被叶绿素捕获的光能从弱的个体中引出强的给电子体 872
非循环光合磷酸化产生NADPH和ATP 872
叶绿体可以通过循环光合磷酸化产生ATP而不产生NADPH 874
光系统Ⅰ和光系统Ⅱ有相关结构，与细菌的光合体系相似 874
线粒体与叶绿体中的质子推动力是相同的 875
叶绿体内膜的载体蛋白控制代谢物与胞质的交换 876
叶绿体也执行其他的重要生命物质的合成 877
小结 877
线粒体和质体的遗传系统 877
线粒体和叶绿体含有完整的遗传体系 877
细胞器的生长和分裂决定了细胞中线粒体和质体的数量 879
线粒体和叶绿体基因组的多样性 881
线粒体和叶绿体可能都是从内共生细菌进化来的 881
线粒体基因组的一些特点 882
动物线粒体包括已知的最简单的遗传系统 884
许多细胞器基因含有内含子 884
高等植物的叶绿体含有大约120个基因 885
线粒体基因以非孟德尔机制遗传 886
细胞器基因的母系遗传 886
酵母petite突变体说明了细胞核在线粒体生物发生中的重要作用 888
线粒体和叶绿体含有由细胞核编码的组织特异性蛋白 889
线粒体的大多数脂类是运入的而叶绿体的大多数脂类是自身合成的 889
为什么线粒体和叶绿体有自己的遗传系统呢？ 889
小结 891
电子传递链的进化 891
最早的细胞可能通过发酵产生ATP 891
电子传递链使一些厌氧菌能利用非发酵分子作为它们主要的能量来源 891
光合作用的菌体通过不可耗竭的还原力越过主要的进化障碍 892
藻青菌的光合电子传递链产生的大气中的氧和新的生命形式 894
小结 897
15 细胞通讯 901
细胞通讯的普遍原则 901
胞外信号分子与特定受体结合 901
胞外信号分子可以近距离或远距离起作用 903
自分泌信号传递能协调相同细胞群的命运 905
间隙连接使信号转导信息能被周围细胞共享 906
每个细胞被设定程序对特异组合的胞外信号分子做出反应 906
不同细胞能对相同胞外信号分子做出不同的应答 907
只有当分子寿命短时，分子的浓度才能迅速被调节 908
一氧化氮通过与靶细胞内的酶直接结合进行信号传递 909
核受体是配体激活的基因调控蛋白 910
三大类的细胞表面受体蛋白是离子通道偶联受体、G蛋白偶联受体以及酶联受体 913
大多数激活的细胞表面受体通过小分子和胞内信号蛋白网络传递信号 914
某些胞内信号蛋白起分子开关的作用 916
胞内信号传递复合体增强了反应的速度、效率和特异性 917
模件结合结构域介导胞内信号蛋白之间的相互作用 919
细胞能对逐渐增加浓度的胞外信号做出反应 920
细胞能记忆某些信号的效应 922
细胞能调节其对信号的灵敏性 922
小结 923
G蛋白偶联的细胞表面受体介导的信号传递 924
三亚基的G蛋白解离后传递来自G蛋白偶联受体的信号 924
某些G蛋白通过调控cAMP的生成进行信号传递 927
cAMP依赖的蛋白激酶（PKA）介导cAMP的大多数效应 929
蛋白磷酸酶使得PKA和其他蛋白激酶的作用瞬时 930
某些G蛋白通过激活磷脂酶C-β激活肌醇磷脂信号传递途径 931
Ca2＋充当一个广泛存在的胞内信使 934
Ca2＋振荡的频率影响细胞反应 934
Ca／钙调蛋白依赖的蛋白激酶（CaM-激酶）介导动物细胞中Ca2＋的许多作用 935
某些G蛋白直接调控离子通道 938
嗅觉和视觉依赖于调控环核苷酸门控离子通道的G蛋白偶联受体 939
胞外信号扩增通过使用小的胞质调质和酶促级联反应被极大地扩增 942
G蛋白偶联受体的脱敏依赖于受体的磷酸化 943
小结 944
细胞表面酶联受体介导的信号转导 945
激活的受体酪氨酸激酶自身磷酸化 945
酸磷化的酪氨基酸充当具有SH2结构域的蛋白质的停泊位点 949
鸟苷酸交换因子激活Ras 949
Ras激活一条包括MAP激酶的下游丝氨酸／苏氨酸磷酸化级联反应 952
PI3激酶产生质膜上的肌醇磷脂的停泊位点 954
PI3激酶／蛋白激酶B信号传递途径能促进细胞存活和生长 957
酪氨酸激酶关联受体的活性依赖于胞质酪氨酸激酶 958
细胞因子受体激活Jak-STAT信号转导途径，提供了一条快速进入细胞核的途径 959
某些蛋白酪氨酸磷酸酶可以充当细胞表面受体 961
TGF-β超家族的信号蛋白通过受体丝氨酸／苏氨酸激酶和Smad起作用 963
受体鸟苷酸环化酶直接产生cGMP 964
细菌趋化性依赖于由组氨酸激酶关联受体激活的二元系统信号传递途径 966
小结 968
依赖于可调控的蛋白酶解的信号转导途径 969
受体蛋白Notch通过切割被激活 969
Wnt蛋白结合Frizzled受体并抑制β-连环蛋白的降解 970
Hedgehog蛋白通过彼此作用相反的Patched和Smoothened的受体复合体起作用 973
多个胁迫和促炎症反应刺激通过NF-kB依赖的信号传递途径起作用 975
小结 976
植物中的信号传递 977
多细胞性和细胞通讯在植物和动物中独立进化 977
受体丝氨酸／苏氨酸激酶在植物中行使细胞表面受体功能 978
乙烯激活二元信号传递途径 979
光敏色素检测红光，隐花色素检测蓝光 980
小结 982
16 细胞骨架 984
骨架纤维的自组装和动态结构 984
各种类型的骨架纤维由蛋白质亚单位构成 985
专题16-1 形成骨架的三种蛋白质纤维 986
多个原纤维形成纤维的组织方式具有优越性 987
成核过程是骨架纤维聚合体形成的限速步骤 987
专题16-2 肌动蛋白和微管蛋白的聚合 989
微管蛋白和肌动蛋白亚单位“从头到尾”组装形成的骨架纤维具有极性 991
微管和肌动蛋白丝两端的生长速率显著不同 993
纤维的踏车和动态不稳定是微管蛋白和肌动蛋白上绑定的核苷酸水解的结果 994
踏车和动态不稳定需要消耗能量，但却非常有用 997
其他蛋白质聚合体通过偶联核苷酸水解发生的结构改变是细胞运动所必需的 998
微管蛋白和肌动蛋白在真核生物进化过程中显示出高度的保守性 999
成束的、卷曲螺旋的中间纤维 1000
中间纤维赋予动物细胞机械稳定性 1002
药物能够改变纤维的聚合作用 1004
小结 1006
细胞对骨架纤维的调控机制 1006
微管通过一个含有γ微管蛋白的蛋白质复合体成核 1007
动物细胞中，微管源于中心体 1007
肌动蛋白丝通常在质膜处成核 1008
纤维的延长受游离亚单位结合蛋白的限制 1011
结合在纤维旁侧的蛋白质既能稳定它们，也能使它们不稳定 1012
与纤维末端相互作用的蛋白质能够显著改变纤维动力学 1015
细胞中的纤维被构建成高度有序的结构 1016
中间纤维被交联并成束形成强有力的排列 1017
性质不同的交联蛋白构建肌动蛋白丝不同的装配 1018
割断蛋白调控肌动蛋白丝与微管的长度和动力学行为 1022
细胞骨架元件能附着到质膜上 1024
细胞骨架纤维特殊的束形成了横跨质膜的坚固的附着结构：黏着斑、黏着带和桥粒 1025
胞外信号能够诱导主要的细胞骨架纤维重排 1026
小结 1028
分子马达 1028
肌动蛋白为基础的动力蛋白是肌球蛋白超家族的成员 1029
两种类型微管马达蛋白：驱动蛋白和动力蛋白 1032
肌球蛋白和驱动蛋白在结构上的类似暗示了一个共同的进化起源 1033
动力蛋白通过偶联ATP水解产生力量致使构象变化 1034
动力蛋白的动力学符合细胞函数 1037
动力蛋白介导的膜被细胞器的胞内运输 1038
马达蛋白的功能可被调控 1040
肌肉收缩依赖于肌球蛋白Ⅱ和肌动蛋白丝的滑动 1042
肌肉收缩由胞质内Ca2＋浓度的突然升高引起 1044
心肌是设计精确的机器 1046
纤毛和鞭毛是由微管和胞质动力蛋白构成的动力结构 1047
小结 1050
细胞骨架和细胞行为 1050
在酵母中能够容易地分析细胞极化的机制 1050
特殊的RNA分子由细胞骨架定位 1053
很多细胞能够爬过固体基底 1053
质膜的外凸由肌动蛋白的聚合驱动 1055
细胞的黏附和收缩允许细胞推进自己前进 1056
外部的信号可以指导细胞迁移的方向 1060
神经细胞复杂的形态特化依靠细胞骨架 1062
小结 1065
17 细胞周期与程序性细胞死亡 1067
细胞周期概述 1068
在所有真核生物中，细胞周期控制系统都是相似的 1070
在酵母中细胞周期控制系统可以进行详细的遗传学研究 1070
在动物胚胎细胞中可以进行细胞周期调控的生化分析 1071
利用培养细胞研究哺乳动物细胞的细胞周期调控 1073
可以通过各种方法研究细胞周期进程 1074
小结 1075
细胞周期控制系统元件 1075
细胞周期控制系统激活细胞周期中的主要进程 1076
控制系统可以在特殊的检测点阻滞细胞周期 1077
检测点一般通过细胞内的负反馈信号调控 1078
细胞周期控制系统的基础是由细胞周期蛋白激活的蛋白质激酶 1078
Cdk活性可以被抑制磷酸化或者抑制蛋白阻断 1080
细胞周期控制系统依赖于周期性蛋白质水解 1081
细胞周期调控还依赖于转录调控 1081
小结 1082
细胞内的细胞周期事件控制 1083
每个周期中S期cyclin-Cdk复合体（S-Cdk）起始一次DNA合成 1083
M期cyclin-Cdk复合体的激活诱发进入有丝分裂期 1085
进入有丝分裂期会被不完整的DNA复制阻断：DNA复制检测点 1086
M-Cdk为复制染色体分离做准备 1087
蛋白质酶解诱发姐妹染色单体分离 1087
未结合染色体阻断姐妹染色单体分离：纺锤体结合检测点 1088
有丝分裂期的结束需要M-Cdk的失活 1089
G1期是Cdk稳定失活的一个时期 1090
在哺乳动物G1期细胞中Rb蛋白起控制开关作用 1092
细胞周期进程以某种方式与细胞成长保持一致 1093
细胞周期进程被DNA损伤阻断以及p53:DNA损伤检测点 1094
小结 1097
程序性细胞死亡（细胞凋亡） 1097
凋亡由细胞内蛋白水解激酶介导 1098
procaspase通过与适配蛋白结合激活 1099
Bcl-2家族蛋白和IAP蛋白是细胞死亡程序中的主要细胞内调控因子 1101
小结 1102
胞外的环境控制细胞的分裂、生长和凋亡 1102
有丝分裂刺激细胞分裂 1103
当细胞进入一个特殊的不分裂时期时，细胞会延迟分裂 1103
有丝分裂原激活G1-Cdk和G1/S-Cdk 1104
不正常的增殖信号促使细胞周期停止或者细胞凋亡 1104
人类细胞有一个内在的控制限制细胞分裂的数量和时间 1106
胞外的生长因子可以刺激细胞生长 1107
胞外的生存因子抑制细胞凋亡 1108
相邻的细胞竞争胞外的信号蛋白 1108
很多类型的动物细胞需要锚定来进行生长和增殖 1109
一些胞外信号蛋白抑制细胞成长、细胞分裂和存活 1111
复杂的细胞分化调控模式产生并维持机体形状 1112
小结 1114
18 细胞分裂的机制 1116
M期概述 1117
粘连蛋白和凝缩蛋白协助已复制染色体的定形以便分离 1117
细胞骨架机器在有丝分裂和胞质分裂中都发挥作用 1118
两个机制帮助确定有丝分裂总发生在胞质分裂之前 1119
动物细胞的M期依赖于发生在之前间期的中心体复制 1120
M期传统上被分为6步 1122
专题18-1 动物细胞M期的主要步骤（有丝分裂和胞质分裂） 1122
小结 1126
有丝分裂 1126
微管在M期不稳定性显著增强 1127
相反马达蛋白的相互作用和相反极性的微管驱动纺锤体组装 1129
着丝粒把染色体连接到有丝分裂纺锤体上 1131
微管在中期纺锤体中高度活跃 1132
具有功能的双极纺锤体可以在没有中心体的情况下在染色体周围组装 1135
后期会被延迟，直到所有染色体被定位在中期板 1136
姐妹染色单体在后期突然分离 1137
后期A的着丝粒微管在两端解聚 1138
推力和拉力都对后期B有所贡献 1139
在有丝分裂末期，核被膜在单独的染色体周围重新形成 1141
小结 1141
胞质分裂 1141
有丝分裂纺锤体的微管决定了动物细胞的分裂平面 1142
一些细胞重新配置它们的纺锤体以对称分裂 1143
收缩环中的肌动蛋白和肌球蛋白Ⅱ产生胞质分裂的动力 1145
封闭膜器官在胞质分裂时期必须被分配到子细胞 1147
有丝分裂可以不伴随胞质分裂发生 1147
在高等植物中成膜体指导胞质分裂 1148
高等生物精巧的M期是从原生生物的分裂机制逐渐进化而来的 1149
小结 1152
第Ⅴ部分 在“社会背景”中的细胞 1157
19 细胞连接、细胞黏着和细胞外基质 1157
细胞连接 1158
封闭连接通过上皮细胞层形成了一个选择透过性屏障 1159
锚定连接把相邻细胞的骨架相连或者把细胞骨架与细胞外基质相连 1162
黏着连接把细胞间的肌动蛋白束连接在一起 1163
细胞间中间纤维相连的桥粒连接 1163
整联蛋白把细胞与细胞外基质相连形成的锚定连接：黏着斑和半桥粒 1166
间隙连接允许小分子直接在细胞间传递 1167
一个间隙连接由6个跨膜连接蛋白亚基组成 1168
间隙连接具有多种功能 1169
间隙连接的通透性可以调节 1170
在植物中，胞间连丝有着和间隙连接一样的功能 1170
小结 1173
细胞间黏着 1173
动物细胞在原地或者迁移之后可以形成组织 1174
解离的脊椎动物细胞可以通过选择性细胞黏着重新装配成组织 1174
钙黏素介导依赖Ca2＋的细胞黏着 1175
钙黏素在发育中有至关重要的作用 1176
钙黏素通过同源聚合的机制介导细胞黏着 1178
钙黏素通过连锁蛋白与肌动蛋白细胞质骨架相连 1178
在血液中选择素介导短暂的细胞黏着 1180
免疫球蛋白超家族成员介导不依赖Ca2＋的细胞-细胞黏着 1181
多种类型的细胞表面分子平行发挥作用来介导选择性细胞-细胞黏着 1183
非连接的接触可能起始细胞-细胞黏着，然后连接的接触导向和稳定细胞-细胞黏着 1184
小结 1184
动物的细胞外基质 1185
细胞外基质由其中的细胞形成和定向 1186
黏多糖（GAG）链占了大部分空间并且形成亲水凝胶 1186
一般认为透明质素在组织形态发生和修复中有利于细胞迁移 1187
GAG链与核心蛋白共价连接形成蛋白聚糖 1188
蛋白聚糖可以调节分泌蛋白的活性 1189
在细胞外基质中，GAG链可能是高度组织化的 1190
细胞表面的蛋白聚糖作为辅助受体发挥作用 1191
胶原是细胞外基质中主要的蛋白质 1192
胶原分泌时，在每个末端有非螺旋化的延伸 1194
分泌后，纤丝前胶原分子被剪切为胶原分子，然后装配成胶原原纤维 1194
与原纤维结合的胶原有助于原纤维的组织装配 1196
细胞帮助胶原原纤维进行装配，它们通过向基质施加压力分泌产生 1196
弹性蛋白赋予组织以弹性 1197
纤连蛋白是帮助细胞附着在基质上的细胞外蛋白 1199
纤连蛋白可以以纤维状或溶解性状态存在 1200
细胞内肌动蛋白纤维调节细胞外纤连蛋白原纤维的装配 1200
基质中糖蛋白有助于引导细胞迁移 1201
基膜主要由类型Ⅳ胶原、层粘连蛋白、巢蛋白和硫酸类肝素蛋白聚糖组成 1202
基膜具有多种功能 1204
细胞外基质可以影响细胞的形状、生长和增殖 1206
细胞外基质组分的可调控降解有助于细胞迁移 1207
有三种基本的机制来保证蛋白酶对基质组分的降解是受严谨控制的 1208
小结 1209
整联蛋白 1209
整联蛋白是跨膜异源二聚体 1210
整联蛋白必须与细胞质骨架相互作用才使细胞与细胞外基质结合 1211
细胞调节它们整联蛋白的活性 1212
整联蛋白激活细胞内的信号通路 1213
小结 1215
植物细胞壁 1215
细胞壁的成分依赖于细胞类型 1215
植物细胞壁的抗张强度使植物细胞具有膨压 1217
纤维素微原纤维与果胶多聚糖的网状结构交织形成初生细胞壁 1217
微管对细胞壁沉积的导向作用 1219
小结 1222
20 生殖细胞和受精 1225
性别的好处 1225
在多细胞的动物和大多数的植物中，双倍期是长期复杂的，而单倍期是短暂简单的 1226
有性生殖为生活在复杂多变环境里的生物提供了竞争优势 1228
小结 1228
减数分裂 1228
减数分裂中复制的同源染色体配对 1229
配子是经过两次细胞减数分裂产生的 1230
同源非姐妹染色单体之间的交换促进了基因的重排 1230
交叉在减数分裂期染色体分离时有着重要的作用 1233
性染色体的配对确保它们也能彼此分离 1234
联会复合体的形成标志着减数分裂染色体配对达到顶峰 1235
重组结标明了基因重组的位点 1236
遗传图谱揭示了易于发生交换的位点 1236
连续两次不进行DNA复制的细胞分裂结束了减数分裂 1237
小结 1239
哺乳动物的原始生殖细胞和性别决定 1239
原始生殖细胞进入正在发育的性腺 1240
Y染色体上的Sry基因能让雌性胚胎重新发育成雄性胚胎 1241
小结 1243
卵子 1243
卵子储存了大量的营养物质，而且还有一层精巧的外膜，是高度专一的独立发育 1243
各个时期的卵子发育 1244
卵母细胞采取特殊的机制生长来增长自身的体积 1247
小结 1248
精子 1248
精子高度适应于把它们的DNA释放到卵子中 1249