绪论 1
一、分子生物学定义 1
二、分子生物学发展简史 1
目录 1
三、分子生物学与现代医学和药学 2
（一）分子生物学理论和技术在发病机制中的应用 3
（二）分子生物学技术在疾病诊断中的应用 3
（三）分子生物学在疾病治疗中的应用 3
（四）重组DNA技术与新药研究 3
一、原核生物（细菌）的结构特征和功能 4
二、原核生物分子生物学特性 4
第一节原核生物和真核生物 4
第一章分子生物学系统 4
三、真核生物结构特征和功能 5
四、真核生物（酵母）的分子生物学特征 5
五、原核和真核生物比较 6
六、细胞周期 7
（一）原核生物 7
（二）真核生物 7
第二节亚细胞生物 9
一、噬菌体 9
（一）噬菌体的生物学特性 9
（二）噬菌体的结构及其核酸类型 10
（三）噬菌体的感染作用 10
（二）病毒的生活周期 11
（一）病毒结构和化学组成 11
（四）烈性噬菌体与温和噬菌体 11
二、病毒 11
（三）病毒的分类 12
（四）病毒在分子生物学中的应用 12
第二章核酸 13
第一节 核酸的化学组成及其结构 13
一、核酸的种类和分布 13
二、核酸的化学组成 13
三、核酸的结构 14
（一）核酸的一级结构 14
（二）DNA的二级结构 16
（三）DNA的高级结构 19
四、RNA结构 22
（一）tRNA 22
（二）mRNA 24
（三）rRNA 25
第二节 核酸的功能 25
一、中心法则 25
二、DNA功能 26
三、hnRNA和mRNA功能 27
四、tRNA功能 28
五、rRNA功能 30
（四）5.8S rRNA 32
（三）23S rRNA 32
（一）5S rRNA 32
（二）16S rRNA 32
（五）18S rRNA 33
六、snRNA、ScRNA功能 33
第三节 核酸变性、复性和杂交 33
一、核酸的变性 33
二、核酸的复性、Cot曲线 36
三、核酸的杂交 38
第四节病毒核酸 39
一、病毒的基本概念 39
二、病毒核酸的一般特征 40
三、DNA病毒的核酸结构 41
四、RNA病毒的核酸结构 42
第三章染色体和基因 44
第一节染色质和染色体 44
一、染色质和染色体形态 44
（一）染色质 44
（二）染色体 46
二、染色质和染色体化学成分 48
（一）脱氧核糖核酸 48
（二）组蛋白 49
（三）非组蛋白 49
三、染色质和染色体功能 50
（五）酶 50
（四）RNA 50
（一）组蛋白和非组蛋白的磷酸化 51
（二）染色体在遗传中的作用 53
（三）组蛋白与非组蛋白的转录调控 54
第二节基因概念 55
一、基因生物学定义 55
二、基因的分子生物学定义 56
三、基因功能 57
（一）转录 57
（二）翻译—蛋白质的合成 58
第三节原核生物基因特征 58
一、基因不连续性 59
第四节真核生物基因特征 59
二、基因家族 60
（一）基因家族 60
（二）超基因家族 61
三、重复基因结构 62
（一）中度重复基因序列 62
（二）高度重复基因序列 63
四、细胞器基因 65
第五节 亚细胞结构基因特征 66
第六节人类基因组 67
第一节 质粒 69
一、质粒遗传学类型 69
第四章染色体外遗传因子 69
二、质粒DNA特性 70
（一）质粒的复制 70
（二）质粒的不相容性 70
（三）质粒的转移性 71
（四）质粒中的选择性标记 72
三、特殊细菌质粒 73
（一）F质粒—性质粒 73
（二）R质粒—抗药性质粒 73
（三）Col质粒—大肠杆菌质粒 73
四、真核生物中的质粒 75
一、转座子分类和结构特征 76
第二节转座子 76
二、转座子作用 78
（一）转座子引起的靶序列的复制 78
（二）转座子引起的染色体畸变 79
三、转座子机制 80
（一）转座中复制子融合形成共合体 80
（二）转座子的复制过程 80
（三）转座作用模型（Ⅰ） 80
（四）转座作用模型（Ⅱ） 81
四、真核生物中的转座子 82
（二）还原病毒与转座子 84
（三）非病毒返座子 84
（一）酵母菌的Ty成分 84
第五章DNA的复制、突变、损伤修复和重组 85
第一节 DNA复制机制 85
一、DNA半保留复制 85
二、复制的起始点和方向 87
三、原核生物DNA的复制 88
（一）DNA复制的起始 88
（二）前导链和后随链的同步合成 88
四、真核生物DNA的复制 91
（一）DNA聚合酶 91
（二）真核生物DNA复制模型 92
（三）复制过程中核小体的装配 94
五、拓扑异构酶在DNA复制中的作用 96
（四）端粒酶和DNA末端的复制 96
六、噬菌体、病毒、质粒及线粒体核酸的复制 98
（一）单链环状DNA的复制 98
（二）线形DNA末端的复制 98
（三）质粒DNA的复制 99
（四）哺乳动物线粒体DNA的复制 100
第二节突变 101
一、突变的类型 101
二、突变的自然发生 102
三、诱变 104
四、基因的离体定向诱变 105
五、体内基因的定点破坏 105
六、突变体的分离 109
七、突变的分析 110
第三节 DNA损伤修复系统 113
一、修复DNA复制时发生的错配 113
二、核酸切除修复系统 114
三、碱基切除修复系统 114
第四节遗传重组 116
一、同源重组 116
（一）同源重组模型 116
（二）同源重组的起始 118
（三）链侵入 119
（四）分支迁移 120
（六）基因转换 122
（五）Holliday中间体的拆分 122
二、位点特异性重组 124
（一）λ噬菌体DNA的整合与切离 124
（二）VDJ重组 124
第六章转录、转录后加工及逆转录 129
第一节转录的基本特征 129
第二节 DNA指导下的RNA聚合酶 130
一、原核生物RNA聚合酶 130
二、真核生物RNA聚合酶 132
第三节 与转录起始和终止有关的DNA结构 133
一、原核生物启动子和终止子 133
（一）启动子结构 134
（二）终止子结构 139
二、真核生物启动子 140
（一）RNA聚合酶Ⅰ的启动子 140
（二）RNA聚合酶Ⅱ的启动子 141
（三）RNA聚合酶Ⅲ的启动子 143
三、原核生物和真核生物转录起始位点的结构差异 144
第四节 原核生物和真核生物转录及其抑制剂 145
一、转录的起始 145
二、转录的延长 146
三、转录的终止和新合成RNA链的释放 147
（一）依赖于ρ因子的终止 147
四、真核生物的转录 148
（三）抗终止 148
（二）不依赖于ρ因子的终止 148
五、RNA生物合成抑制剂 149
（一）嘌呤和嘧啶类似物 149
（二）DNA模板功能的抑制剂 150
（三）RNA聚合酶的抑制剂 151
第五节 转录后加工过程及其机制 153
一、mRNA生成 154
（一）5端加帽 154
（二）3末端的产生和多聚腺苷酸化 156
（三）mRNA的甲基化 157
二、rRNA生成 157
三、tRNA生成 159
四、RNA的剪接 161
（一）第Ⅰ类内含子和第Ⅱ类内含子的剪接特征 162
（二）rRNA的剪接 163
（三）RNA的催化功能 164
（四）tRNA的剪接 166
（五）mRNA的剪接 167
第六节逆转录 168
一、逆转录酶 168
二、逆转录过程 171
三、逆转录的生物学意义 172
第七节反义核酸 173
一、反义核酸概述 173
（一）反义DNA 175
二、反义技术 175
（二）反义RNA 176
（三）Ribozyme 176
三、反义技术的意义 177
第七章蛋白质生物合成——翻译 181
第一节遗传密码 181
一、破译遗传密码 181
二、遗传密码的性质 183
第二节 蛋白质的生物合成 184
一、原核生物和真核生物mRNA的特点 184
二、核糖体 185
（一）肽链合成的起始 187
三、蛋白质合成 187
（二）肽链的延伸 189
（三）肽链合成的终止和释放 190
第三节 蛋白质转运机制 190
一、蛋白质转运 190
二、蛋白质的跨膜 192
第四节蛋白质合成后的修饰加工 195
一、二硫键的形成 195
二、蛋白质的糖基化 196
三、蛋白质前体的加工 199
（二）乳糖操纵子正调控和负调控 201
（一）乳糖操纵子结构 201
一、乳糖操纵子 201
第一节 原核生物基因表达调控 201
第八章基因表达调控 201
二、色氨酸操纵子 202
三、转录水平的调控 205
（一）转录起始的调控 205
（二）转录终止的调控 209
四、翻译水平的调控 210
（一）mRNA自身的二级结构的形成 210
（二）mRNA的降解 211
（三）蛋白质合成的调控 211
（一）真核生物的基因结构功能特点 214
一、真核基因表达调控的特点 214
第二节 真核生物基因表达调控 214
（二）基因表达调控的信号 215
二、转录水平的调控 216
（一）真核生物基因表达调控模型 216
（二）参与基因调控的顺式作用元件 217
（三）参与基因调控的反式作用因子 218
三、翻译水平的调控 219
（一）mRNA的稳定性 219
（二）mRNA翻译起始的调控 220
（三）蛋白质合成的自体调控 220
（四）可溶性蛋白质因子的修饰 220
第三节λ噬菌体基因表达调控 220
一、λ噬菌体的调控区 221
二、λ噬菌体的操纵基因和启动子的结构 222
三、CI蛋白和Cro蛋白 225
（一）CI蛋白的结构和功能 225
（二）Cro蛋白的结构和功能 226
（三）CI蛋白和Cro蛋白对转录的调控 226
第九章基因工程及其在医药工业中的应用 230
第一节 基因工程相关的酶学 231
一、核酸限制性内切酶与DNA分子体外切割 232
（一）宿主控制的限制与修饰现象 232
（二）核酸内切酶的命名与类型 233
（三）Ⅱ型限制性核酸内切酶的基本特性 234
（三）T4DNA连接酶 237
（二）大肠杆菌DNA连接酶 237
二、DNA连接酶 237
（一）DNA连接酶的连接作用分子机制 237
三、聚合酶 238
（一）大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ 239
（二）Klenow聚合酶 239
（三）T4噬菌体DNA多聚酶 239
（四）经修饰的T7噬菌体DNA聚合酶（测序酶） 240
（五）Taq DNA聚合酶 240
（六）逆转录酶 240
（三）碱性磷酸酶与DNA脱磷酸作用 241
（一）核酸酶S1与RNA的分子定位 241
五、核酸酶 241
（二）T4多核苷酸激酶与DNA分子5′末端标记 241
（一）末端脱氧核苷酸转移酶与同聚物加尾 241
四、DNA和RNA的修饰酶 241
（二）Ba131核酸酶与确定限制位点 242
（三）外切核酸酶Ⅲ 242
（四）脱氧核糖核酸酶Ⅰ 242
（五）核糖核酸酶A 243
（六）核糖核酸酶T1 243
第二节基因工程的载体 243
一、大肠杆菌载体 243
（一）质粒 243
（二）λ噬菌体载体 250
（一）哺乳动物细胞载体 254
二、真核细胞载体 254
（二）酵母载体 255
第三节制备目的基因和常用分离方法 257
一、人工合成 258
（一）DNA的化学合成过程 258
（二）化学合成寡聚核苷酸连接成完整的基因的方法 259
（三）化学合成寡聚核苷酸的应用 259
（四）采用化学酶促相结合的办法 260
（五）人工合成基因的基本程序 260
（六）人工合成基因的局限性 260
（二）鸟枪法克隆基因 261
（三）真核生物基因文库的建立 261
二、基因文库构建（限制性内切酶法） 261
（一）原核生物目的基因的直接分离 261
三、cDNA文库构建（逆转录法） 262
（一）总RNA提取及mRNA制备 263
（二）cDNA文库第一链的合成 263
（三）cDNA文库第二链的合成 263
（四）cDNA片段与载体连接 264
（五）cDNA文库的优越性 264
（六）cDNA文库局限性 264
四、PCR法 264
（一）基本原理 265
（二）PCR反应控制要点 266
（三）PCR的应用 267
（四）PCR分类 268
第四节 载体DNA与目的基因的连接 268
一、DNA分子间连接策略 269
（一）粘性末端DNA片段连接 269
（二）平末端DNA片段连接 270
（三）粘平末端DNA片段间连接 274
第五节重组分子引入受体细胞 275
（四）其他因素 275
（三）连接温度与时间 275
（二）目的基因载体DNA浓度和比例 275
（一）DNA片段间的连接方式 275
二、影响目的基因与载体之间连接效率的因素 275
一、重组DNA导入大肠杆菌 277
（一）氯化钙转化法 277
（二）转染法 277
二、抗生素生物合成基因引入链霉菌载体宿主系统 279
（一）原生质体转化 280
（二）电穿孔转化 280
三、酵母菌转化 280
（一）完整细胞的转化法 280
（一）显微注射法 281
（二）DNA-磷酸钙转染法 281
四、重组DNA导入哺乳动物细胞 281
（二）原生质体转化法 281
（三）DEAE葡聚糖转染法 282
（四）阳性脂质体及其介导的基因转染 282
（五）电穿孔法 282
（六）细胞融合法 283
（七）病毒感染法 283
第六节 重组体的鉴定和分析 283
一、生物学方法 283
（一）表型筛选法 283
（二）DNA印迹分析 284
（一）菌落原位杂交 284
二、核酸分子杂交法 284
（三）遗传互补 284
（二）噬菌斑形成筛选法 284
（三）RNA印迹分析 285
（四）斑点印迹杂交和狭线印迹杂交 285
三、免疫分析筛选 285
四、限制性内切酶图谱的鉴定 287
五、双脱氧终止法测序 287
第七节 克隆基因的表达 287
一、真核基因在原核细胞中表达的特点 288
二、影响外源基因在大肠杆菌中高效表达的因素 288
（一）从DNA水平考虑 288
（二）影响转录水平的因素 288
（三）影响翻译水平的因素 289
（五）其他因素 290
三、真核基因在大肠杆菌中的表达类型 290
（一）融合蛋白的表达 290
（四）影响蛋白质水平的因素 290
（二）非融合蛋白的表达 291
（三）蛋白分泌型表达 292
第八节 真核基因在大肠杆菌中表达产物的分离纯化和鉴定 293
一、外源基因在原核生物或真核生物中分泌方式 293
（一）表达产物分泌到细胞外环境中 293
（二）表达产物分泌到周质空间 293
（三）表达产物分泌到细胞质中 293
（四）选择合适的分离纯化材料 295
三、真核基因在大肠杆菌中表达产物检测与鉴定 295
（五）分离纯化过程的规模 295
（一）针对不同产物表达形式采取不同纯化策略 295
（三）多种分离纯化技术应用 295
（二）针对不同性质的蛋白质选用不同层析类型 295
二、表达蛋白纯化方法所选择的基本策略 295
第九节 重组原核微生物生产药物 296
一、生产小分子药物 296
（一）重组合成维生素C 296
（二）重组合成生产抗生素 297
二、生产蛋白类药物 299
（一）胰岛素 300
（二）人生长激素 301