绪论 1
一、分子生物学与药学分子生物学 1
二、分子生物学发展的回顾 1
三、分子生物学和现代医药科学 2
第一章 遗传物质的分子结构、性质和功能 5
第一节 核酸是遗传物质 5
一、核酸的种类和分布 5
二、核酸是遗传物质 5
第二节 核酸的结构 6
一、DNA的结构 6
（一）DNA的一级结构 6
（二）DNA一级结构与种属的差异 6
（三）DNA的二级结构—双螺旋模型 6
（四）DNA的三级结构 7
（五）DNA的拓扑结构 7
（六）DNA的四级结构 8
二、RNA的结构 8
第三节 核酸的功能 8
一、DNA的功能及基因治疗 8
二、RNA的功能 10
（一）hnRNA和mRNA的功能 10
（二）tRNA的功能 10
（三）rRNA的功能 11
（四）snRNA、scRNA、iRNA、gRNA 11
（五）端粒酶RNA、Ribozyme 11
第四节 核酸的变性、复性和杂交 12
一、核酸的变性 12
二、核酸的复性 13
三、核酸的杂交与应用 13
（一）Southern印迹 14
（二）Northern印迹 14
（三）Western印迹 14
（四）原位杂交 14
四、生物芯片—基因芯片 15
（一）基因芯片的概念 15
（二）基因芯片的主要类型 15
（三）基因芯片的杂交及检测 15
（四）基因芯片的应用 15
第五节 病毒核酸 16
一、病毒的基本概念 16
二、病毒核酸的一般特征 16
三、DNA病毒的核酸结构 17
四、RNA病毒的核酸结构 17
第六节 反义核酸 18
一、反义核酸概述 18
二、反义技术 19
（一）反义DNA 19
（二）反义RNA 20
（三）肽核酸 20
三、反义核酸应用 20
第二章 染色质、染色体、基因和基因组 22
第一节 染色质和染色体 22
一、染色质和染色体的形态 22
（一）染色质 22
（二）染色体 25
二、染色质和染色体的化学成分及组成 26
（一）脱氧核糖核酸 26
（二）组蛋白 27
（三）非组蛋白 27
（四）核糖核酸 28
（五）酶 28
三、染色质和染色体的功能 28
（一）染色体在遗传中的作用 29
（二）组蛋白和非组蛋白的磷酸化 34
（三）组蛋白和非组蛋白的转录调控 36
第二节 基因 37
一、基因生物学定义 37
二、基因的分子生物学定义 39
三、基因功能 40
四、原核生物基因特征 41
五、真核生物基因特征 42
（一）基因不连续性 42
（二）基因家族 43
（三）重复基因结构 44
六、细胞器基因 46
七、亚细胞结构基因特征 48
八、原核和真核细胞中基因和顺反子的关系 49
第三节 基因组 50
一、基因组定义 50
二、基因组的结构特点 51
（一）原核生物基因组结构 51
（二）真核生物基因组结构 51
（三）线粒体基因组结构 52
（四）叶绿体基因组结构 52
（五）细胞器基因组结构 52
三、基因组的染色体倍数性和数目 53
四、遗传图谱、物理图谱、基因图谱 53
（一）遗传图谱 53
（二）物理图谱 55
（三）基因图谱 56
五、人类基因组 56
（一）人类基因组定义 56
（二）人类基因组计划研究的意义 56
（三）人类基因组计划研究的内容 56
（四）人类基因组的多态性与基因组药学 58
（五）后基因组研究计划 59
（六）人类基因组的生物信息在药物研究中的应用 60
第三章 可移动的遗传因子（转座子）和染色体外遗传因子 61
第一节 转座子 61
一、转座子的分类和结构特征 61
二、转座子机制 62
（一）转座中复制子融合形成共合体 62
（二）转座子的复制过程 63
（三）转座作用模型（Ⅰ） 63
（四）转座作用模型（Ⅱ） 63
三、转座效应 63
四、原核生物和真核生物的转座子 66
（一）原核生物的转座子 66
（二）真核生物的转座子 68
五、逆转录病毒和逆转录转座子 71
第二节 质粒 72
一、质粒遗传学类型 72
二、质粒DNA特性 72
（一）质粒的复制 72
（二）质粒的不相容性 73
（三）质粒的转移性 75
（四）质粒中的选择性标记 75
三、特殊细菌质粒 76
（一）F质粒—性质粒 76
（二）R质粒—耐药性质粒 76
（三）Col质粒—大肠杆菌质粒 76
四、真核生物中的质粒 77
第三节 遗传重组 78
一、同源重组 79
二、位点特异性重组 85
三、遗传重组在分子生物学中的应用 90
第四章 DNA的复制、突变、损伤和修复 93
第一节 DNA的复制 93
一、DNA复制的一般特征 93
（一）半保留复制、复制子、复制叉、双向复制 93
（二）DNA复制的酶系 97
（三）DNA的复制过程 99
二、原核生物的DNA复制 100
（一）大肠杆菌基因组复制的起始 101
（二）大肠杆菌基因组复制的终止 103
三、真核生物的DNA复制 103
（一）真核细胞DNA复制的起始点 103
（二）真核细胞DNA复制的过程 104
（三）真核细胞DNA复制的终止 105
（四）真核细胞端粒复制过程中的核小体结构 108
四、线粒体DNA复制 108
（一）线粒体DNA结构 108
（二）线粒体DNA复制过程 109
（三）线粒体基因与疾病 110
五、噬菌体和病毒DNA的复制 112
（一）单链环状DNA的复制 112
（二）线状DNA的复制 114
（三）逆转录病毒 119
第二节 基因突变 125
一、突变概念和类型 125
（一）突变概念 125
（二）突变类型 125
二、突变原因 127
（一）自发突变 127
（二）诱发突变 128
（三）基因的人工诱变 133
（四）适应性突变 135
三、突变体的分离与分析 135
第三节 DNA的修复系统 139
一、复制修复 139
二、损伤修复 142
三、复制后修复 143
四、限制与修饰 145
五、DNA损伤修复系统与疾病 145
第五章 转录、转录后加工 146
第一节 转录的基本原理 146
一、基本概念 146
二、转录与复制的异同 146
第二节 DNA指导下的RNA聚合酶 147
一、原核生物RNA聚合酶 147
二、真核生物RNA聚合酶 148
第三节 与转录起始和终止有关的DNA结构 148
一、原核生物启动子和终止子 148
（一）启动子结构 149
（二）终止子结构 151
二、真核生物启动子 152
（一）RNA聚合酶Ⅰ的启动子 152
（二）RNA聚合酶Ⅱ的启动子 152
（三）RNA聚合酶Ⅲ的启动子 154
三、原核生物和真核生物转录起始位点的结构差异 154
第四节 原核生物和真核生物转录及抑制剂 155
一、原核生物转录的起始 155
二、原核生物转录的延长 156
三、原核生物转录的终止和新合成RNA链的释放 157
（一）依赖于ρ因子的终止 157
（二）不依赖于ρ因子的终止 158
四、真核生物的转录 158
五、RNA生物合成抑制剂 159
第五节 转录后加工过程及其机制 160
一、mRNA的前体加工 160
（一）5′端加帽 161
（二）3′末端的产生和多聚腺苷酸化 161
（三）mRNA的甲基化 162
二、rRNA的前体加工 162
三、tRNA的前体加工 163
四、RNA的剪接和RNA催化活性 164
（一）第Ⅰ类内含子和第Ⅱ类内含子的自我剪接特征 165
（二）rRNA的自我剪接 166
（三）RNA的催化功能 167
（四）tRNA的剪接 167
（五）mRNA的自我剪接 168
（六）顺式和反式剪接 170
五、RNA编辑 170
第六章 蛋白质生物合成—翻译 173
第一节 遗传密码 173
一、遗传密码及密码的破译 173
二、遗传密码的性质 176
（一）遗传密码的简并性和摆动性 176
（二）遗传密码的通用性 177
（三）遗传密码的偏爱性 177
（四）线粒体密码 177
三、阅读框架 178
第二节 蛋白质的生物合成 179
一、生物合成的模板mRNA 179
（一）原核生物mRNA的特点 179
（二）真核生物mRNA的特点 180
二、蛋白质生物合成的场所—核糖体 180
（一）核糖体RNA 181
（二）核糖体蛋白质 182
三、蛋白质生物合成的机制 184
（一）合成元件—tRNA、rRNA和蛋白质因子 184
（二）合成过程—起始、延伸、终止 186
四、蛋白质生物合成的调节 194
（一）阅读框架的漂移、重叠和5′-AUG的作用 194
（二）翻译错误 194
（三）poly（A）尾 196
（四）蛋白质生物合成的阻断剂 196
第三节 蛋白质转运 201
一、蛋白质分泌运输的细胞学过程 201
二、蛋白质转运理论 201
（一）信号肽假设 202
（二）导肽假设 204
（三）分子伴侣 205
三、原核和真核生物的蛋白质跨膜运输 207
（一）分泌蛋白的运输 207
（二）细胞质膜蛋白的类型和转运 207
（三）内质网膜蛋白的转运 208
（四）溶酶体蛋白的转运 209
（五）线粒体蛋白的转运 209
（六）核蛋白的转运 210
第四节 蛋白质合成后的折叠与修饰加工 211
一、蛋白质合成后的正确折叠是其行使功能的基础 211
二、翻译后修饰对功能蛋白质产物的重要性 212
三、二硫键的形成和正确配对 212
四、N端fMet或Met的切除 213
五、前体加工 213
六、剪切和剪接 214
（一）剪切 214
（二）剪接 214
七、化学编辑 215
（一）化学编辑概况 215
（二）蛋白质的糖基化 215
第五节 功能蛋白质研究进展 219
一、蛋白质工程的概念及技术路线 219
（一）蛋白质工程研究的一般规律 220
（二）蛋白质工程和基因诱变 220
二、蛋白质的功能域及其模拟肽 221
（一）功能蛋白质结构特点 221
（二）噬菌体表面展示肽库—随机多肽文库 222
（三）噬菌体抗原决定簇文库 224
三、蛋白质组学和药物蛋白质组学 224
（一）后基因组时代和蛋白质组学 224
（二）药物蛋白质组学 226
第七章 基因表达的调控 227
第一节 概述 227
一、基因表达调控的元件和作用方式 227
二、原核生物与真核生物的基因调控策略 228
第二节 原核生物的基因表达调控 229
一、乳糖操纵子 230
（一）乳糖操纵子的结构与功能 230
（二）乳糖操纵子的负调控和正调控 232
（三）乳糖操纵子调控区的突变效应 232
二、色氨酸操纵子 233
（一）色氨酸操纵子的结构与功能 233
（二）色氨酸操纵子的阻遏调节系统 233
三、转录水平调控 234
（一）RNA聚合酶的转录起始调控 235
（二）转录终止的调控 241
四、翻译水平调控 243
（一）翻译起始的调控 243
（二）翻译延伸的调控 248
（三）翻译水平的终止调控 249
五、链霉菌的基因表达调控系统 254
（一）调控元件 254
（二）链霉菌基因转录水平上的调控 255
第三节 真核生物的基因表达调控 257
一、染色体重排的调控 258
（一）酵母结合型的转变 258
（二）结合型转变的模型 259
（三）MATa和MATa基因编码的调节蛋白 260
二、染色质水平的调控 262
（一）活性染色质 262
（二）组蛋白的修饰 264
三、DNA水平的调控 264
（一）基因的丢失、扩增与重排 264
（二）DNA的甲基化和去甲基化 268
四、转录水平的调控 270
（一）顺式作用元件 271
（二）反式作用因子 273
五、转录起始与加工调节 278
六、翻译水平的调控 279
（一）5′UTR结构与翻译起始调控 279
（二）蛋白因子磷酸化与翻译起始调控 280
（三）3′UTR结构与mRNA稳定性调控 281
（四）蛋白质的加工成熟 283
第八章 基因工程及其在医药工业中的应用 285
第一节 基因工程的诞生、原理和发展 285
第二节 基因工程相关的酶学 287
一、核酸限制性内切酶与DNA分子体外切割 288
（一）宿主控制的限制与修饰现象—细菌自我保护机制 288
（二）核酸内切酶的命名与类型 289
（三）Ⅱ型核酸限制性内切酶的基本特性 290
二、DNA连接酶 293
（一）大肠杆菌DNA连接酶 293
（二）T4DNA连接酶 293
三、聚合酶 293
（一）大肠杆菌DNA聚合酶I（E.colipolI） 294
（二）Klenow聚合酶 294
（三）T4噬菌体DNA多聚酶 294
（四）经修饰的T7噬菌体DNA聚合酶（测序酶） 294
（五）TaqDNA聚合酶 295
（六）逆转录酶 295
四、DNA和RNA的修饰酶 295
（一）末端脱氧核苷酸转移酶与同聚物加尾 295
（二）T4多核苷酸激酶与DNA分子5′末端标记 296
（三）碱性磷酸酶与DNA脱磷酸作用 296
五、核酸酶 296
（一）核酸酶S1与RNA分子定位 296
（二）BAL31核酸酶与确定限制位点 296
（三）外切核酸酶Ⅲ 297
（四）脱氧核糖核酸酶I 297
（五）核糖核酸酶A 297
第三节 基因工程的载体 297
一、大肠杆菌载体 298
（一）克隆载体 298
（二）穿梭载体 303
（三）表达载体 303
二、真核细胞载体 307
（一）哺乳动物细胞的病毒载体 307
（二）酵母载体 308
（三）杆状病毒载体 310
第四节 目的基因制备和常用分离方法 310
一、基因克隆和分离的基本步骤 310
（一）选择含目的基因实验材料的原则 310
（二）选择合适的载体制备目的DNA片段并克隆 311
（三）选择合适的检测方法筛选目的基因 311
二、人工合成 311
（一）DNA的化学合成过程 312
（二）化学合成寡聚核苷酸可通过以下几种方法连接成完整的基因 312
（三）化学合成寡聚核苷酸的应用 313
（四）采用化学酶促相结合的办法 313
（五）人工合成基因的基本程序 313
（六）人工合成基因的局限性 314
三、基因文库构建（限制性内切酶法） 314
（一）原核生物的目的基因直接分离 314
（二）鸟枪法克隆基因 314
（三）真核生物基因文库的建立 315
四、cDNA文库构建（逆转录法） 315
（一）构建理想的cDNA文库需要考虑的因素 316
（二）构建cDNA文库的步骤 317
五、PCR法 318
（一）基本原理 319
（二）PCR反应控制要点 320
（三）PCR扩增的应用 321
（四）PCR分类 322
第五节 载体DNA与目的基因的连接 322
一、DNA分子间连接策略 322
（一）粘性末端DNA片段连接 323
（二）平末端DNA片段连接 324
（三）粘平末端DNA片段间连接 326
二、影响目的基因与载体之间连接效率的因素 326
（一）DNA片段间的连接方式 326
（二）目的基因与载体DNA的浓度和比例 326
（三）连接温度与时间 327
（四）其他因素 327
第六节 重组分子引入受体细胞 328
一、重组DNA导入大肠杆菌 329
（一）氯化钙转化法 329
（二）转染法 330
二、抗生素生物合成基因引入链霉菌载体宿主系统 330
（一）抗生素生物合成基因引入的途径 330
（二）链霉菌的宿主转化系统 331
三、酵母菌转化 332
（一）完整细胞转化法 332
（二）原生质体转化法 333
四、重组DNA导入哺乳动物细胞 333
（一）显微注射法 333
（二）DNA－磷酸钙转染法 333
（三）DEAE葡聚糖转染法 333
（四）阳性脂质体及其介导的基因转染 334
（五）电穿孔法 334
（六）病毒感染法 334
第七节 重组体的鉴定和分析 335
一、生物学方法 335
（一）表型筛选法 335
（二）噬菌斑形成筛选法 335
（三）遗传互补法—利用遗传选择标记筛选哺乳动物转基因细胞 335
（四）利用报告基因筛选植物转化细胞 335
二、核酸分子杂交法 336
（一）菌落原位杂交 336
（二）DNA印迹分析 336
（三）RNA印迹分析 336
（四）斑点印迹杂交和狭线印迹杂交 336
三、免疫分析筛选 336
四、限制性内切酶图谱的鉴定 337
五、双脱氧终止法测序（Sanger法） 337
第八节 克隆基因在大肠杆菌中表达策略 339
一、真核基因在原核细胞中表达的特点 339
二、影响外源基因在大肠杆菌中高效表达的因素 340
（一）优化构建表达载体 340
（二）影响转录水平的调控 340
（三）影响翻译水平的因素 341
（四）影响蛋白质水平的因素 343
（五）其他因素 343
三、真核基因在大肠杆菌中的表达类型 343
（一）融合蛋白的表达 343
（二）非融合蛋白的表达 344
（三）蛋白分泌型表达 344
四、表达蛋白提取、纯化和鉴定 345
（一）提取 345
（二）纯化 346
（三）真核基因在大肠杆菌中表达产物的检测与鉴定 346
第九节 克隆目的基因在酵母中表达 347
一、常用宿主 347
二、酵母表达载体特点 347
三、在酵母中高效表达外源基因的策略 348
四、酵母表达系统的应用 348
第十节 重组原核微生物生产药物 349
一、生产小分子药物 349
（一）重组合成维生素C 349
（二）重组合成抗生素 350
二、生产蛋白类药物 351
三、基因工程疫苗 355
（一）乙肝病毒的结构 355
（二）乙肝表面抗原的巴斯德毕赤酵母重组菌的构建 356
参考文献 358