第1章 细胞引言 1
显微镜下的细胞 1
光学显微镜的发明导致细胞的发现 2
在显微镜下可以看到细胞、细胞器甚至分子 3
真核细胞 8
细胞核是细胞的信息存贮器 9
线粒体利用食物产生能量而赋予细胞动力 10
叶绿体从日光捕获能量 12
内膜创建功能各异的胞内区室 13
胞质溶胶是一种浓缩大分子和小分子的含水凝胶 15
细胞骨架负责细胞运动 15
细胞的同一性与多样性 16
细胞在外形与功能方面变化巨大 19
活细胞都有相似的基本化学组成和化学性质 20
一切现代细胞看来都从同一祖先进化而来 21
细菌是最小、最简单的细胞 22
分子生物学家曾集中研究过大肠杆菌 24
贾第鞭毛虫可能代表真核细胞进化过程中的一个中间阶段 24
酿酒酵母是一种简单的真核细胞 25
单细胞生物可以是巨大的、复杂的并且是凶猛的：原生动物 26
从30万种植物中选出拟南芥作为模式植物 27
动物界以果蝇、蠕虫、鼠和人为代表 27
在一个多细胞生物中细胞洋洋大观各显神通 29
基本概念 32
关键词 33
问题 33
第2章 细胞的化学成分 35
化学键 35
细胞由少数几种原子组成 35
最外层电子决定原子间如何相互作用 37
电子得失形成离子键 39
电子共享形成共价键 41
共价键有不同的类型 42
水是细胞中最丰富的物质 43
一些极性分子在水中形成酸或碱 48
细胞内的分子 49
细胞由碳化合物构成 49
细胞含有4种主要的有机小分子 49
糖是细胞的能源及多糖的亚基 50
脂肪酸是细胞膜的组分 52
氨基酸是蛋白质的亚基 53
核苷酸是DNA及PNA的亚基 58
GTP结合蛋白可发生巨大的构象变化 64
大分子具有一种特殊的亚基序列 64
非共价键规定一个大分子的精确形状 65
非共价键使一个大分子能与另一些特定的分子结合 68
基本概念 69
关键词 69
问题 69
第3章 能量、催化作用及生物合成 73
催化作用及细胞中能量的利用 74
细胞释放热能，从而可能形成生物学有序性 75
光合生物利用太阳光合成有机分子 77
细胞通过有机分子的氧化作用获得能量 78
氧化及还原反应涉及电子转移 79
酶降低阻止化学反应的势垒 80
酶如何找到它们的底物：快速扩散的重要性 82
一个反应的自由能变化决定这个反应能否进行 84
反应物的浓度影响ΔG值 84
接续反应的ΔG0值是叠加的 88
活化的载体分子与生物合成 88
一个活化载体的形成与一个能量方面有利的反应相偶合 90
ATP是用得最广泛的活化载体分子 90
贮存在ATP中的能量常被用于两个分子的连接 92
NADH及NADPH是重要的电子载体 93
细胞内有许多其他活化载体分子 94
生物聚合物的合成要求能量输入 96
基本概念 99
关键词 99
问题 99
第4章 细胞怎样从食物获得能量 101
糖和脂肪的分解 102
食物分子分三个阶段分解以产生ATP 102
糖酵解是一条重要的ATP生产途径 104
发酵使ATP在无氧条件下产生 105
糖酵解说明酶如何将氧化作用偶合至能量贮存 108
糖与脂肪都在线粒体中降解为乙酰辅酶A 110
柠檬酸循环通过乙酰基氧化为CO2而产生NADH 113
在大多数细胞中电子传递驱动大部分ATP合成 114
贮存与利用食物 115
生物在特殊的存贮器中贮存食物分子 115
许多生物合成途径从糖酵解或柠檬酸循环开始 119
代谢是有组织并受调控的 120
基本概念 122
关键词 122
问题 122
第5章 蛋白质的结构和功能 125
蛋白质的形状与结构 125
蛋白质的形状是由其氨基酸序列规定的 128
蛋白质折叠成能量最低的构象 132
蛋白质可形成多种复杂形状 133
α螺旋和β折叠是普遍的折叠形式 134
蛋白质有多个层次的组织形式 136
在大量可能的多肽链中只有少数几个是有功能的 138
蛋白质可被归纳分类 138
较大的蛋白质分子往往含有一条以上的多肽链 139
蛋白质可组合成丝、片或球 140
螺旋是生物结构中一种常见的结构模体 142
一些类型的蛋白质具有伸长的纤维形状 143
胞外蛋白质常因共价交联而得以稳定 144
蛋白质怎样发挥作用 144
蛋白质结合其他分子 145
抗体结合部位极为多样化 146
结合强度可由平衡常数来衡量 147
酶是强有力且高度专一的催化剂 156
溶菌酶显示了酶的工作机制 157
Vmax和Km衡量酶效率 159
紧密结合的小分子赋予蛋白质额外功能 160
酶的催化活性是可以调节的 161
别构酶有两个相互影响的结合部位 162
蛋白质的磷酸化可引起构象变化 163
细胞中摩托蛋白产生大的位移 165
蛋白质通常形成大型复合物，起蛋白质机器的作用 166
基本概念 168
关键词 168
问题 168
第6章 DNA 171
基因是由DNA组合的 172
DNA的结构和功能 172
一个DNA分子是由两条互补的核苷酸链组成的 173
DNA的结构提供了一种遗传机制 175
DNA复制 177
DNA合成从复制起始位点开始 177
新的DNA合成在复制叉上进行 178
复制叉是不对称的 178
DNA聚合酶能自我校正 180
短的RNA充当DNA合成的引物 182
在复制叉处的蛋白质相互协调，形成复制机构 183
DNA修复 184
DNA上的变化引起突变 185
DNA错配修复系统清除被复制机构忽略了的复制差错 186
DNA在细胞内持续不断地受到损伤 187
基因的稳定性取决于DNA修复 189
高保真地维持DNA意味着近缘种的蛋白质有很相似的序列 190
基本概念 191
关键词 191
问题 192
第7章 从DNA到蛋白质 195
从DNA到RNA 196
部分DNA序列转录成RNA 196
转录产生与一条DNA链互补的RNA 197
细胞内产生数种RNA 199
DNA上的信号指示RNA聚合酶何处起始和结束 200
真核RNA在核内被加工 200
真核基因被非编码序列所间隔 203
内含子由RNA拼接而被去除 203
mRNA分子最终被细胞降解 205
最早期的细胞基因内可能已有内含子 206
从RNA到蛋白质 207
mRNA以三核苷酸组的形式被解译 207
tRNA分子使氨基酸与mRNA上的密码子相匹配 208
特定的酶使tRNA与正确的氨基酸偶联 210
RNA信息在核糖体上被解译 210
MRNA上的密码子指示蛋白质合成的起始及终止 213
蛋白质在多核糖体上合成 214
精细控制的蛋白质降解协助调控细胞内每种蛋白质的量 215
从DNA到蛋白质之间有很多步骤 216
RNA和生命起源 217
简单的生物分子能在前生命条件下形成 218
RNA既能贮存信息也能催化化学反应 219
RNA在进化上早于DNA 221
基本概念 222
关键词 223
问题 223
第8章 染色体和基因调控 225
真核生物染色体的结构 226
真核生物的DNA包装成染色体 226
细胞周期中染色体以不同状态存在 228
特殊DNA序列保证染色体高效复制 228
核小体是染色质结构的基本单位 230
染色体有多级的DNA包装 231
间期染色体同时含有浓缩的和比较伸展的染色质形态 232
基因表达的位置效应揭示了间期染色体包装的不同 234
间期染色体在细胞核内组织 235
基因调控 236
细胞调控自身基因的表达 236
转录控制是通过蛋白质结合到DNA调节序列上实现的 237
阻抑物关闭基因，活化物打开基因 239
真核生物基因转录的起始是一个复杂的过程 241
真核RNA聚合酶要求通用转录因子 242
真核基因调控蛋白从远处控制基因表达 242
启动子DNA包装成核小体会影响转录起始 244
真核基因是由蛋白质组合来调控的 245
不同基因的表达可被单个蛋白质协调 246
组合控制可产生不同细胞类型 247
稳定的基因表达型式可传递给子细胞 248
单个基因调控蛋白能触发一个完整器官的生成 250
基本概念 251
关键词 251
问题 251
第9章 遗传性变异 255
细菌的遗传性变异 256
细菌的快速分裂意味着突变会在短时间内产生 256
细菌中的突变能被环境条件中的变化所选择 258
细菌细胞能从其他细菌中获得基因 259
细菌基因能通过细菌接合而转移 259
细菌能从周围环境中摄取DNA 261
同源重组可在两个具有相似序列的DNA分子之间发生 262
用细菌病毒能使基因在细菌和细菌之间转移 264
转座因子创造遗传多样性 266
真核生物基因组中遗传性变异的来源 267
随机DNA重复造成相关基因家族 268
编码新蛋白质的基因可通过外显子重组而产生 269
多细胞真核生物DNA的大部分是由重复非编码序列组成的 270
人基因组约10%由两个转座序列家庭组成 271
转座因子加速了基因组的进化 272
病毒是能离开细胞的高度可动的遗传因子 273
反转录病毒逆转正常的遗传信息流 275
携带宿主基因的反转录病毒能使细胞癌变 277
有性生殖和基因的重新分配 278
有性生殖在一个不可预见的变化环境中给予生物竞争优势 278
有性生殖和二倍体及单倍体细胞都有关 279
减数分裂由二倍体细胞产生单倍体细胞 279
减数分裂产生大量遗传性变异 282
基本概念 283
关键词 283
问题 283
第10章 DNA技术 287
如何分析DNA分子 288
限制酶在特定位点上切割DNA分子 289
凝胶电泳分离不同大小的DNA片段 290
DNA片段的核苷酸序列是可以测定的 292
核酸杂交 292
DNA杂交促进遗传性疾病的产前诊断 294
原位杂交将核苷酸序列定位在细胞或染色体上 296
DNA克隆 297
DNA连接酶把DNA片段连在一起以产生一个重组DNA分子 297
细菌质粒可用来克隆DNA 298
通过DNA克隆分离人基因 299
cDNA文库代表一个特定组织产生的mRNA 302
杂交也能鉴定关系较远的基因 303
聚合酶链反应扩增选定的DNA序列 304
DNA工程 307
可以构建全新的DNA分子 307
利用克隆的DNA大量制备稀有的细胞蛋白质 307
体外转录产生RNA 309
突变的生物体能最好地提示基因功能 310
转基因动物携带工程基因 311
基本概念 313
关键词 314
问题 314
第11章 膜的结构 317
脂双层 318
膜脂质在水中形成双层 318
脂双层是一种二维流体 321
脂双层的流动性取决于它的组成部分 323
脂双层是不对称的 324
脂质不对称性产生于细胞内 324
溶质和离子不能透过脂双层 325
膜蛋白 326
膜蛋白以多种方式与脂双层结合 327
多肽链通常以α螺旋穿过双层 327
膜蛋白能被去垢剂溶解并纯化 328
很少几种膜蛋白的完整结构是清楚的 330
细胞皮层加固质膜 331
细胞表面被糖覆盖 333
细胞能限制膜蛋白的运动 333
基本概念 335
关键词 336
问题 336
第12章 膜转运 339
细胞内外的离子浓度差异很大 340
载体蛋白及其功能 341
溶质通过被动转运或主动转运穿过膜 342
电势和浓度梯度能驱动被动转运 343
主动转运使溶质逆它们的电化学梯度迁移 344
动物细胞利用ATP水解的能量泵出Na＋ 345
Na＋－K＋泵由瞬时磷酸化所驱动 346
动物细胞利用Na＋梯度主动摄取营养物 347
Na＋－K＋泵帮助维持动物细胞的渗透压平衡 349
Ca2＋泵使细胞内Ca2＋保持低浓度 350
植物、直菌和细菌利用H＋梯度驱动膜转运 350
离子通道和膜电位 352
离子通道是离子选择性的和门控的 352
离子通道在开放和关闭状态之间随机进行快速切换 354
电压门控离子通道应答膜电位 355
膜电位由膜对特定离子的通透性来调控 357
神经细胞的离子通道和信号传导 359
动物电位为迅速的长距离通讯提供了条件 359
动作电位通常由电压门控Na＋通道介导 360
在神经末梢处，电压门控Ca2＋通道把电信号转换为化学信号 363
靶细胞内的递质门控通道把化学信号转变回电信号 364
神经元既接收兴奋性输入又接收抑制性输入 364
突触连接使你能思考、动作和记忆 366
基本概念 367
关键词 368
问题 368
第13章 线粒体和叶绿体中的能量生产 371
细胞通过一种基于膜的机制获得其大部分能量 371
线粒体和氧化磷酸化 374
一个线粒体有两个膜被区室 374
高能电子通守柠檬酸循环产生 375
电子沿线粒体内膜中的蛋白质链传递 377
电子传递产生跨膜质子梯度 378
质子梯度驱动ATP合成 380
电化学质子梯度驱动跨线粒体内膜的偶联转运 381
质子梯度产生细胞的大部分ATP 382
在线粒体内ADP快速转变成ATP，使细胞内维持ATP/ADP的高比率 383
电子传递链与质子泵送 384
电子传递容易移动质子 384
氧化还原电位是电子亲和性的量度 385
电子传递释放大量能量 385
金属紧密地与蛋白质结合，形成多种多样的电子载体 387
质子由三种呼吸酶复合物泵送过膜 389
呼吸作用有惊人的效率 390
叶绿体与光合作用 391
叶绿体与线粒体相似但有一个额外的区室 392
叶绿体从阳光捕获能量用以固定碳 393
受激的叶经素分子把能量汇集到一个反应中心 394
光能驱动ATP和NADPH的合成 396
碳固定作用由核酮糖二磷酸羧化酶催化 397
叶绿体内的碳固定作用产生蔗糖和演粉 399
线粒体和叶绿体的遗传系统表明它们起源于析核细胞 399
我们的单细胞祖先 400
RAN序列提示进化史 400
古代的细胞可能发生于热环境 401
甲烷球菌生活在黑暗中，仅以无机物质为食物 402
基本概念 403
关键词 404
问题 404
第14章 胞内区室及转运 407
膜被细胞器 407
真核细胞含有一套基本的膜被细胞器 408
膜被细胞器由不同途径进化而来 410
蛋白质分选 411
蛋白质通过三种机制输入细胞器内 412
信号序列指导蛋白质到正确的区室中去 412
蛋白质通过核孔进入核内 414
蛋白质伸展进入线粒体和叶绿体 416
蛋白质在合成后即进入内质网 417
可溶性蛋白质被释入内质网腔 418
起始和终止信号决定跨膜蛋白在脂双层中的排列 419
小泡转运 420
转运小泡携带可溶性蛋白质和膜来往于区室之间 421
小泡出芽由一种蛋白质外被的装配所驱动 421
DNARE决定小泡停靠的特定地点 423
分泌途径 425
大多数蛋白质的共价修饰发生在ER内 425
蛋白质离开ER时受到控制以保证蛋白质的质量 426
蛋白质在高尔基体内被进一步修饰和分选 427
分泌蛋白通过胞吐作用自细胞中释出 428
胞吞途径 429
特化的吞噬细胞摄入大的颗粒 430
液体和大分子通过胞饮作用而被摄入 430
受体介导的胞吞作用提供一条通向动物细胞内的特殊通路 431
胞吞的大分子在内体中分选 432
溶酶体是细胞内消化的主要场所 433
基本概念 434
关键词 435
问题 435
第15章 细胞通讯 437
细胞信号传导的一般原理 438
信号能经过长程或短程而起作用 438
每个细胞应答有限的一组信号 441
受体通过细胞内信号传导途径传递信号 442
有些信号分子能穿过质膜 443
一氧化氮能进入细胞，直接激活酶 445
主要的三类细胞表面受体 445
与离子通道偶联的受体把化学信号转变成电信号 447
细胞内信号级联放大起一系列分子开关的作用 447
G蛋白偶联受体 448
G蛋白偶联受体的刺激作用激活G蛋白亚基 449
某些G蛋白调节离子通道 450
某些G蛋白激活与膜结合的酶 451
cAMP通路可激活酶并开启基因 452
经过磷脂酶C的通路引起细胞内Ca2＋升高 455
Ca2＋信号触发诸多生物学过程 455
细胞内信号及联放大能达到惊人的速度、敏感性和适应性：眼的光感受器 457
酶联受体 459
激活的受体酷氨酸激酶组装一个细胞内信号蛋白复合物 459
受体酶氨酸激酶激活GTP结合蛋白Ras 460
蛋白激酶网络整合信息以控制复杂的细胞行为 462
基本概念 464
关键词 464
问题 465
第16章 细胞骨架 467
中间丝 468
坚固耐久的中间丝 469
中间丝增强细胞，对付机械应力的作用 469
微管 472
微管是两端结构明显不同的中空管子 472
微管被维持在组装和去组装的动态平衡中 473
中心体是动物细胞中主要的微管组织中心 474
增长中的微管表现动态不稳定性 475
微管把细胞的内部组织起来 477
摩托蛋白驱动胞内转运 478
细胞器沿着微管移动 479
纤毛和鞭毛具有由动力蛋白驱动的稳定微管 480
肌动蛋白丝 482
肌动蛋白丝纤细而富柔韧性 483
肌动蛋白和微管蛋白有机同的聚合机制 484
许多蛋白质能有肌动蛋白丝结合并修饰其性能 484
大部分真核细胞质膜下有一富含肌动蛋白的“皮层” 486
细胞的爬行依赖于肌动蛋白 486
肌动蛋白与肌球蛋白一起形成可收缩的结构 488
肌肉收缩期间肌动蛋白丝相对于肌球蛋白丝滑动 490
肌肉收缩由突发性Ca2＋升高所触发 492
基本概念 494
关键词 495
问题 495
第17章 细胞分裂 499
细胞周期概貌 501
真核细胞周期可分为4期 501
细胞骨架执行有丝分裂和胞质分裂 502
有丝分裂中一些细胞器裂成碎片 503
有丝分裂 503
有丝分裂纺锤体在前期开始组装 504
染色体在前中期附着于有丝分裂纺锤体 505
中期染色体排列在纺锤体的赤道板处 508
子染色体在后期分开 509
核被膜在分裂末期重新形成 510
动物细胞的收缩环由肌动蛋白和肌球蛋白构成 511
有丝分裂纺锤体决定胞质分裂面 511
胞质分裂 511
植物细胞中胞质分裂涉及新细胞壁的形成 513
减数分裂 513
减数分裂期间同源染色体成对分置 514
减数分裂包含两次而不是一次细胞分裂 515
基本概念 517
关键词 518
问题 518
第18章 细胞周期调控及细胞死亡 521
细胞周期控制系统 522
一个中央控制系统启动细胞周期的主要进程 522
细胞周期控制系统基于周期性激活的蛋白激酶 524
MPF是一种细胞周期蛋白-Cdk复合物，它控制着细胞能否进入M期 525
依赖细胞周期蛋白的蛋白激酶受控于细胞周期蛋白的积聚及破坏 526
各种细胞周期蛋白-Cdk复合物启动细胞周期的不同步骤 527
Cdk的活性进一步为其自身磷酸化和去磷酸化所调节 527
Cdk抑制物蛋白能使细胞周期阻滞于G1期 528
细胞能分解其周期控制系统并脱离细胞周期 530
多细胞生物中细胞数目控制 531
细胞增殖依赖于来自其他细胞的信号 531
动物细胞具有内在的对其分裂次数的限制 533
动物细胞需要来自其他细胞的信号以免于编程性细胞死亡 533
胞内的蛋白质水解级联反应介导编程性细胞死亡 535
癌细胞不服从细胞增殖及生存的社会性控制 536
基本概念 538
关键词 538
问题 539
第19章 组织 541
胞外基质与结缔组织 542
植物细胞具有坚韧的细胞外壁 543
纤维素纤维使植物细胞具有抗拉强度 544
动物的结缔组织主要由胞外基质组成 545
胶原蛋白使动物结缔组织具有抗拉强度 549
细胞分泌胶原蛋白并组织其分布 550
整联蛋白使细胞外的基质与细胞内的细胞骨架偶合 551
多糖和蛋白质凝胶充填间隙并抗压 552
上皮层和细胞与细胞间连接 553
上皮层是极化的并位于基板上 554
紧密连接使上皮不渗漏并且隔离其顶端表面和基部表面 555
与细胞骨架相连的细胞连接坚固地把上皮细胞和上皮细胞以及上皮细胞和基板结合起来 556
间隙宫接使离子和小分子能在细胞之间穿行 560
组织的维持、更新以及癌对它的破坏作用 561
不同的组织以不同的速率更新 562
干细胞产生连续供应的终末分化细胞 563
单个分裂细胞中的突变可造成它及其后代细胞脱离正常控制 565
癌是组成身体细胞群体中发生突变和自然选择的结果 566
癌需要突变的累积 567
发育 568
程序性细胞运动造就动物个体图式 568
细胞随其经历及所处的位置不同而启动不同的各组基因 569
可扩散的信号给细胞提供位置信息 571
果蝇研究为脊椎动物发育研究提共了钥匙 572
整个动物界采用相似的基因给细胞一种关于其位置的内部记录 573
基本概念 575
关键词 575
问题 576
术语汇编 579
答案 597
索引 659