第1篇 化学和遗传学 1
第1章 孟德尔学派的世界观 7
第2章 核酸承载遗传信息 22
第3章 弱化学作用的重要性 46
第4章 高能键的重要性 60
第5章 弱键和强键决定大分子的结构 72
第2篇 基因组的维持 99
第6章 DNA和RNA的结构 105
第7章 基因组结构、染色体、染色质和核小体 139
第8章 DNA的复制 195
第9章 DNA的突变和修复 260
第10章 分子水平上的同源重组 286
第11章 位点特异性重组和DNA转座 319
第3篇 基因组的表达 373
第12章 转录机制 379
第13章 RNA剪接 418
第14章 翻译 460
第15章 遗传密码 522
第4篇 调控 539
第16章 原核生物的基因调控 545
第17章 真核生物的基因调控 585
第18章 调控RNA 631
第19章 发育和进化的基因调控 660
第20章 基因组分析与系统生物学 705
第5篇 方法 735
第21章 分子生物学技术 741
第22章 模式生物 784
索引 819
第1篇 化学和遗传学 7
第1章 孟德尔学派的世界观 7
孟德尔的发现 8
框1-1 孟德尔定律 8
独立分离律 9
有些等位基因既非显性也非隐性 10
独立分配律 10
遗传的染色体理论 12
基因连锁和交换 12
框1-2 基因串联在染色体上 12
染色体定位 15
突变引起遗传变异 18
早期关于基因是什么以及如何发挥作用的推测 18
发现基因与蛋白质相互关系的初步尝试 19
小结 20
参考文献 20
第2章 核酸承载遗传信息 22
Avery的惊人发现：DNA能够携带遗传特性 23
病毒基因也是核酸 24
双螺旋 25
框2-1 Chargaff定律 27
合成DNA的聚合酶的发现 28
支持DNA复制过程中双链分开的实验证据 29
DNA中的遗传信息是由4种核苷酸单元形成的序列所承载的 32
框2-2 基因控制蛋白质中氨基酸顺序的证据 32
DNA不是直接决定所合成的蛋白质的模板 34
RNA与DNA具有非常相似的化学性质 34
中心法则 35
Crick的适配子假设 36
转运RNA的发现 36
核糖体的矛盾问题：缺乏特异性 37
信使RNA（mRNA）的发现 37
以DNA为模板酶促RNA的合成 39
遗传密码的破译 40
确定蛋白质合成的方向 41
起始和终止信号也由DNA编码 43
基因组学时代 43
小结 44
参考文献 44
第3章 弱化学作用的重要性 46
化学键的特征 46
化学键的量子机制解释 47
化学键的形成涉及能量形式的变化 48
化学键形成与断裂的平衡 48
自由能的概念 48
Keq与△G成指数关系 49
共价键是很强的 49
生物体系中的弱化学键 49
弱化学键具有1～7kcal／mol的能量 50
生理温度下弱化学键不断形成和断裂 50
极性与非极性分子的区别 50
范德华力 50
氢键 53
某些离子键也是氢键 54
弱相互作用需要互补的分子表面 54
水分子形成氢键 54
水溶液中分子间的弱化学键 55
框3-1 分子外形的唯一性和选择性结合的概念 55
倾向于形成氢键的有机分子是水溶性的 56
疏水“键”稳定大分子 57
△G具有的2～5kcal／mol的优势 57
弱化学键使酶与底物结合 58
大多数蛋白质-DNA、蛋白质-蛋白质相互作用由弱化学键介导 58
小结 58
参考文献 59
第4章 高能键的重要性 60
供能分子是热不稳定的 60
酶在生物反应中降低反应的活化能 62
生物分子中的自由能 62
具有高负值△G的高能键水解作用 63
生物合成反应中的高能键 64
肽键的自发水解 65
负值△G与正值△G的耦联 65
基团转移反应中前体的活化 66
基团转移中ATP的多变性 66
与AMP连接使氨基酸活化 67
核酸前体被P～P活化 68
核酸合成过程中释放的P～P能量值 68
P～P分裂是大多数生物合成反应的特征 69
小结 70
参考文献 71
第5章 弱键和强键决定大分子的结构 72
分子间和分子内相互作用决定高度有序结构 73
DNA能够形成规则的螺旋 73
RNA形成多种多样的结构 74
蛋白质构成单元的化学特性 75
肽键 76
蛋白质具有4级结构 76
框5-1 蛋白质结构的确定 77
α螺旋和β折叠是常见的二级结构形式 78
氢键的排列方式决定蛋白质的特定构型 81
α螺旋相互结合形成卷曲螺旋 81
大多数蛋白质由两个或三个结构域装配而成 83
框5-2 大蛋白质通常由数个小多肽链组成 84
蛋白质由少数几种结构模式所组成 85
蛋白质的不同功能来自于结构域组合的多样性 85
弱化学键决定蛋白质在DNA和RNA分子上的正确位置 86
蛋白质沿DNA扫描寻找特定的DNA结合位点 88
蛋白质识别RNA的不同策略 89
变构：通过改变蛋白质的外形调节其功能 91
通过小配体、蛋白质-蛋白质相互作用和蛋白质修饰等例子了解变构调控的结构基础 92
并非所有的蛋白质调控都由变构介导 94
小结 95
参考文献 97
第2篇 基因组的维持第6章 DNA和RNA的结构 105
DNA的结构 106
DNA由多核苷酸链构成 106
每个碱基都有它首选的异构体 107
双螺旋的两条链通过碱基反向平行配对连接在一起 108
双螺旋的两条链序列互补 109
氢键对碱基配对特异性的重要作用 110
碱基会从双螺旋中翻转出来 110
DNA通常是右手双螺旋 111
双螺旋有大沟和小沟 111
框6-1 云母实验表明溶液中双螺旋DNA每一螺周含有10．5个碱基对 112
大沟中有丰富的化学信息 113
双螺旋以多重构象存在 114
重要实验 115
框6-2 如何通过X射线胶片中的斑点揭示DNA结构 115
DNA有时可形成左手螺旋 117
DNA双链可以分开（变性）和复性 118
一些DNA为环状分子 120
DNA拓扑学 121
连环数是共价闭环DNA的固有拓扑特性 122
连环数由扭转数和缠绕数共同决定 122
Lk°是生理条件下完全松弛态cccDNA的连环数 123
细胞中DNA呈负超螺旋 124
真核细胞中核小体引入了负超螺旋 125
拓扑异构酶可使超螺旋DNA解旋 125
原核生物中存在引导DNA超螺旋形成的特殊拓扑异构酶 126
拓扑异构酶也可以解链和松弛DNA分子 126
拓扑异构酶通过蛋白质-DNA的共价连接裂解DNA链或使它们重新连接 127
拓扑异构酶构成“酶桥”让DNA片段往来穿梭 128
DNA拓扑异构体可被电泳分离 129
框6-3 DNA环的拓扑学特性证明了DNA每周螺旋含有10．5个碱基对的螺旋周期性 130
溴乙锭离子可使DNA解旋 131
RNA的结构 132
RNA含有核糖和尿嘧啶，通常是单链 132
RNA链自身折叠形成局部双螺旋，类似A-DNA 133
RNA可折叠成复杂的三级结构 134
一些RNA可以是酶类 135
锤头状核酶通过形成2′，3′-环磷酸剪切RNA 135
生命是否起源于RNA世界？ 136
小结 136
参考文献 138
第7章 基因组结构、染色体、染色质和核小体 139
基因组序列和染色体多样性 140
染色体可以是环状或线性的 140
每个细胞都有特定的染色体数目 141
基因组的大小与生物体的复杂度相关 142
E．coli的基因组几乎全部由基因构成 143
复杂度高的生物基因密度低 144
基因仅占真核染色体DNA的一小部分 144
人的基因间隔区序列主要由重复DNA构成 147
染色体的复制和分离 147
真核染色体在细胞分裂过程中需要着丝粒、端粒和复制起始位点 147
真核染色体的复制和分离发生在细胞周期的分裂期 150
真核细胞分裂时染色体的结构发生变化 152
SMC蛋白介导姐妹染色单体的黏附和染色体的凝聚 153
有丝分裂维持亲本染色体的数目 153
细胞周期的间期为下一个细胞周期作准备，同时检查上一个阶段是否正确完成 156
减数分裂减少了亲本染色体的数目 156
在显微镜下可观察到不同时期的染色体结构 158
核小体 159
核小体是染色体的结构单位 159
框7-1 微球菌核酸酶和核小体DNA 160
组蛋白是带正电荷的小分子蛋白质 161
核小体的原子结构 162
核小体中DNA的组蛋白结合区 164
许多不依赖于DNA序列的接触介导核心组蛋白与DNA间的相互作用 165
组蛋白的N端尾可稳定盘绕在八聚体上的DNA 166
缠绕组蛋白核心的DNA呈负超螺旋特性 167
框7-2 核小体和超螺旋密度 168
染色质的高级结构 170
异染色质和常染色质 170
组蛋白H1与核小体之间的连接DNA结合 171
核小体束能形成更复杂的结构：30nm的纤丝 172
组蛋白N端尾巴对于30nm纤丝的形成是必需的 173
DNA的进一步凝聚与核小体DNA的大环有关 174
组蛋白的变构体影响核小体功能 175
染色质结构的调控 176
DNA与组蛋白八聚体的相互作用是一动态的过程 176
核小体重塑复合体有助于核小体的运动 177
某些核小体处于特定的位置：核小体的定位 180
组蛋白N端尾巴的修饰可改变染色质的易接近性 181
框7-3 细胞中核小体定位的实验 182
核小体重塑和修饰复合物的蛋白结构域识别经修饰的组蛋白 185
特定的酶负责组蛋白的修饰 186
核小体的修饰和重塑共同增加DNA的易接近性 187
核小体的组装 189
DNA复制后核小体组装即开始 189
核小体的组装需要组蛋白“伴侣” 189
小结 192
参考文献 194
第8章 DNA的复制 195
DNA合成的化学基础 196
DNA合成需要脱氧核苷三磷酸和引物-模板接头 196
DNA通过引物3′端的延伸进行合成 197
焦磷酸水解是DNA合成的驱动力 197
DNA聚合酶的作用机制 198
DNA聚合酶用一个活性位点催化DNA的合成 198
框8-1 核素掺入法用来测定核酸和蛋白质合成 200
框8-2 抗癌和抗病毒试剂靶向DNA复制 202
DNA聚合酶像手一样握住引物：模板接头 203
DNA聚合酶是一种延伸酶 207
外切核酸酶校正新合成出的DNA 209
复制叉 210
复制叉上DNA的两条链同时合成 210
DNA新链的起始需要一条RNA引物 211
完成DNA复制必须除去RNA引物 212
DNA解旋酶在复制叉之前解开双螺旋 212
框8-3 DNA解旋酶极性的确定 213
DNA解螺旋酶牵拉单链DNA通过蛋白质中心的孔 215
复制前单链结合蛋白使单链DNA稳定 216
拓扑异构酶除去DNA解螺旋时在复制叉上产生的超螺旋 217
复制叉酶扩大了DNA聚合酶底物的范围 217
DNA聚合酶的特化 219
细胞中DNA聚合酶为行使不同的功能而被特化 219
滑动夹极大地增加了DNA聚合酶的延伸能力 221
滑动夹通过滑动夹装载器打开并安置在DNA上 224
框8-4 ATP控制蛋白的功能：滑动夹的装载 224
复制叉上的DNA合成 227
复制叉蛋白之间的相互作用形成E．coli的复制体 230
DNA复制的起始 231
特定的基因组DNA序列指导DNA复制的起始 231
复制起始的复制子模型 232
复制器序列包括起始子结合位点和容易解旋的DNA 233
框8-5 复制起始位点和复制器的鉴别 234
结合和解旋：起始子蛋白对复制起始位点的选择和激活 237
蛋白质-蛋白质和蛋白质-DNA相互作用指导起始过程 238
真核染色体每一个细胞周期精确地复制一次 238
框8-6 复制工厂假说 240
前复制复合体的形成指导真核细胞中的复制起始 243
对pre-RC形成和激活的调控使每个细胞周期中仅有一轮复制发生 245
真核和原核生物DNA复制起始的相似性 246
框8-7 E．coli复制受DnaA-ATP水平和SeqA的调控 247
结束复制 249
子代DNA分子的分离需要拓扑异构酶Ⅱ 249
后随链的合成不能复制线性染色体的最末端 250
端粒酶是一种新型的DNA聚合酶，它不需要外源模板 252
端粒酶通过延伸染色体3′端解决了末端复制问题 252
框8 8 衰老、癌症和端粒假说 254
端粒结合蛋白调节端粒酶活性和端粒长度 255
端粒结合蛋白保护染色体末端 255
小结 257
参考文献 259
第9章 DNA的突变和修复 260
复制错误及其修复 261
突变的本质 261
框9-1 三联核苷酸重复的扩增导致疾病 262
有些复制错误能逃脱校正读码 262
错配修复能将逃脱校正读码的错误去除 262
DNA损伤 267
DNA的自发损伤：水解和脱氨基作用 267
框9-2 Ames测试 268
DNA损伤：烷化反应、氧化反应和辐射 269
突变还可由碱基类似物和嵌入剂引起 271
DNA损伤的修复 271
DNA损伤的直接逆转 273
碱基切除修复酶通过碱基弹出机制除去受损碱基 274
核苷酸切除修复酶在损伤两侧切割受损的DNA 275
重组修复通过从未受损DNA中找回序列信息来修复DNA断裂 278
DNA中的DSB可以通过直接与断裂末端相连而修复 278
框9-3 非同源末端连接 280
移损DNA合成使复制越过DNA损伤继续进行 282
框9-4 Y家族DNA聚合酶 283
小结 284
参考文献 285
第10章 分子水平上的同源重组 286
DNA断裂频发并启动同源重组 287
同源重组的模式 288
链入侵是同源重组的关键早期步骤 289
Holliday联结体拆分是完成遗传物质交换的重要一步 289
双链断裂修复模型描绘了许多重组事件 292
框10-1 如何拆分有两个Holliday联结体的重组中间体 293
同源重组中的蛋白质机器 294
RecBCD解旋酶／核酸酶加工用于重组的DNA分子断裂 295
Chi位点控制RecBCD 298
RecA蛋白在单链DNA上组装并促进链侵入 299
在RecA蛋白丝里建立新的配对DNA 301
所有的生物都有RecA同源物 302
RuvAB复合体特异性地识别Holliday联结体并促进分支移位 303
RuvC剪切位于Holliday联结体的特定DNA链从而结束重组 303
真核细胞的同源重组 304
真核细胞的同源重组具有额外的功能 304
同源重组保证减数分裂中染色体的分离 305
减数分裂中程序化生成的DNA双链断裂 307
MRX蛋白作用于被切开的DNA末端，以组装类RecA的链交换蛋白 308
Dmcl是专一在减数分裂重组中行使功能的类RecA蛋白 309
多种蛋白质共同促进减数分裂重组 310
框10-2 肿瘤抑制基因BRCA2的产物和Rad51蛋白相互作用并调控基因组的稳定性 311
交配型的转换 312
特定位点的双链DNA断裂引发交配型转换 313
交配型转换是一种基因转变事件，与交换无关 313
同源重组机制的遗传结果 315
重组时的DNA修复基因转变的起因之一 316
小结 316
参考文献 318
第11章 位点特异性重组和DNA转座 319
保守性位点特异性重组（CSSR） 320
发生在靶DNA上特定DNA序列的位点特异性重组 320
位点特异性重组酶通过一个蛋白质-DNA的共价中间体对DNA进行切割并重新连接 322
丝氨酸重组酶诱导DNA双链断裂及链交换，促成重组 323
丝氨酸重组酶-DNA复合体的结构揭示了它通过亚基旋转以完成链交换 324
酪氨酸重组酶每次断裂和结合一对DNA单链 325
酪氨酸重组酶与DNA结合的结构揭示了DNA交换的机制 326
框11-1 位点特异性重组在遗传工程中的应用 327
位点特异性重组的生物学作用 327
λ整合酶催化病毒基因组在宿主细胞染色体上的整合和切除 329
λ细菌噬菌体的切除需要一个新的折叠DNA的蛋白质 331
Hin重组酶颠倒一段DNA片段，使得特定基因开始表达 331
Hin重组过程需要一个DNA增强子 333
重组酶将多聚环状DNA分子转换成单体 334
框11-2 Xer重组酶催化细菌染色体和很多细菌质粒的单体化 335
还有其他一些机制能够指导特定DNA片段的重组 337
转座 337
一些遗传因子通过转座被移位到染色体的新位置上 337
三类基本的转座因子 339
DNA转座子上带有一个转座酶基因，两端是重组位点 340
转座子包括自主转座子和非自主转座子 340
类病毒反转录转座子和反转录病毒带有末端重复序列和两个对重组很重要的基因 340
像基因的聚腺苷酸反转录转座子 341
DNA转座的剪切-粘贴机制 341
剪切-粘贴转座中的中间体由缺口修复来完成 343
DNA转座中断裂非转移链的多种机制 343
DNA的复制性转座 345
类病毒反转录转座子和反转录病毒通过一个RNA中间体实现移位 347
框11-3 反转录病毒cDNA的合成途径 349
DNA转座酶和反转录整合酶同属于一个蛋白超家族 351
聚腺苷酸（poly-A）反转录转座子通过一种“反向剪切”机制进行移位 352
转座子及其调控的实例 353
框11-4 玉米转座因子及转座子的发现 355
IS4家族的紧密型转座因子通过多种机制实现对拷贝数的控制 357
Tn10的转座伴随着细胞DNA的复制 358
框11-5 转座的靶免疫机制 359
Mu噬菌体是一种异常活跃的转座子 361
Mu噬菌体通过靶位点免疫来避免其转座到自身DNA上 361
Tcl／mariner因子是真核细胞中极其成功的DNA转座因子 363
酵母Ty因子转座到基因组的安全港 363
LINE因子能够推动自身转座，还能转座细胞RNA 364
V（D）J重组 366
V（D）J重组中的早期活动是通过一种类似于转座子切除的机制实现的 368
小结 370
参考文献 371
第3篇 基因组的表达第12章 转录机制 379
RNA聚合酶和转录周期 380
RNA聚合酶具有不同形式，但有许多共同特性 380
由RNA聚合酶进行的转录是由一系列步骤完成的 383
转录起始包括三个定义明确的步骤 383
细菌的转录周期 385
细菌的启动子在强度和序列上是多样的，但是具有某些明确的特征 385
框12-1 共有序列 387
σ因子介导聚合酶与启动子的结合 388
向开放式复合体的转变过程涉及RNA聚合酶和启动子DNA的结构变化 389
转录由RNA聚合酶起始，不需要引物 390
转录起始阶段，RNA聚合酶保持位置不变并将下游DNA拉向自己 391
启动子逃离涉及聚合酶-启动子相互作用及聚合酶核心-σ相互作用的破坏 392
延伸聚合酶是一个边合成边校对RNA的向前行进的机器 393
框12-2 单亚基RNA聚合酶 393
RNA聚合酶可能变得停滞不前，需要挪走 395
转录由RNA序列内部信号终止 396
真核生物的转录 397
RNA聚合酶Ⅱ的核心启动子由4个不同序列的元件组合而成 398
RNA聚合酶Ⅱ在启动子上和通用转录因子形成前起始复合体 399
启动子逃离需要聚合酶“尾巴”的磷酸化 400
TBP用一个插入双螺旋小沟的β折叠来结合并扭曲DNA 402
其他通用转录因子在起始中也有特殊作用 403
体内的转录起始需要其他蛋白质参与，包括中介蛋白复合体 404
中介蛋白包含很多亚基，其中有些亚基从酵母到人类是保守的 405
一组新的因子激发PolⅡ延伸和RNA校对 406
延伸RNA聚合酶在行进过程中必须应对组蛋白 408
延伸聚合酶与各种RNA加工所需要的一组新的蛋白质因子相互作用 409
由RNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ催化的转录 413
RNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ识别不同的启动子，使用不同组别的转录因子，但还是需要TBP 413
PolⅢ启动子位于转录起始位点的下游 414
小结 415
参考文献 417
第13章 RNA剪接 418
RNA剪接的化学基础 420
RNA序列决定剪接位点 420
框13-1 腺病毒和RNA剪接的发现 421
当内含子两边的外显子连接时，内含子是以套索结构被除去的 423
不同的RNA分子的外显子可以通过反式剪接的方式连接起来 425
剪接体 425
RNA剪接是由一个叫做剪接体的大复合体执行的 425
剪接过程 427
剪接体内的组装、重排与催化反应：剪接过程 427
自剪接内含子的存在表明RNA可以催化RNA剪接 429
Ⅰ类自剪接内含子释放出线形内含子，而不是一个套索结构 429
框13-2 Ⅰ类自剪接内含子转化为核酶 430
剪接体怎样可靠地确定剪接位点？ 432
少数内含子是由另一组snRNP组成的另一种剪接体来剪接的 434
替换剪接 435
通过替换剪接一个基因可以得到多个产物 435
确保互不相容性剪接的几种机制 437
关于果蝇的Dscam基因的特例：大范围的互不相容性剪接 439
Dscam外显子6的互不相容性剪接无法用任何一种标准机制来解释，而要用一种新的策略来解释 440
可变剪接受激活因子和抑制因子调控 441
可变剪接的调控决定了果蝇的性别 444
框13-3 停泊位点和选择子序列的鉴定 446
框13-4 Pre-mRNA剪接错误导致人类疾病 448
外显子改组（Exon Shuffling） 449
外显子通过重组的方式完成改组，从而产生了编码新蛋白质的基因 449
RNA编辑 451
RNA编辑是改变mRNA序列的另一种方法 451
引导RNA指导尿嘧啶的插入和删减 453
框13-5 脱氨酶和HIV 453
mRNA转运 455
一旦完成加工，mRNA会包装好并从细胞核输出到细胞质用于翻译 455
小结 457
参考文献 459
第14章 翻译 460
信使RNA 461
多肽链是由可读框规定的 461
原核细胞mRNA具有核糖体结合位点，用以募集翻译机器 462
真核细胞mRNA在5′和3′端被修饰，以促进翻译 463
转移RNA 464
tRNA是密码子和氨基酸之间的转配器 464
框14-1 CCA添加（CCA-Adding）酶：无模板合成RNA 465
tRNA都有三叶草型的二级结构 465
tRNA具有L状的三维结构 466
连接氨基酸到tRNA上 466
氨基酸通过高能酰基连接到tRNA 3′端的腺苷酸上使tRNA负载 466
氨基酰tRNA合成酶分两步使tRNA负载 467
每种氨基酰tRNA合成酶连接一个氨基酸到一个或多个tRNA上 469
tRNA合成酶识别同族tRNA（cognate tR-NA）的独特结构 469
氨基酰tRNA的形成是非常精确的 470
某些氨基酰tRNA合成酶利用编辑口袋来高精度地负载tRNA 471
核糖体不能辨别tRNA的负载是否正确 472
框14-2 硒化半胱氨酸（selenocysteine） 472
核糖体 473
核糖体是由一个大亚基和一个小亚基组成的 474
大、小亚基在翻译的每次循环过程中都经历结合与分离 474
新的氨基酸连接在延伸肽链的C端 476
肽键是通过将正在延伸的多肽链从一个tRNA转移到另一个tRNA而形成的 477
核糖体RNA是核糖体中的结构和催化决定因子 478
核糖体有3个tRNA结合位点 478
穿过核糖体的通道可以使mRNA和多肽链进出核糖体 480
翻译的起始 481
原核细胞的mRNA最初是通过与rRNA的碱基配对而募集到小亚基上 482
负载着修饰甲硫氨酸的特定的tRNA直接结合到原核细胞的小亚基上 482
三种起始因子指导包含mRNA和起始tRNA的起始复合物的装配 483
真核细胞的mRNA通过5′帽吸引核糖体 484
框14-3 uORF和IRES：证明规则的特例 487
起始密码子是从mRNA的5′端向下游“扫描发现”的 488
翻译起始因子使真核mRNA保持环状 489
翻译延伸 489
氨基酰tRNA由延伸因子EF-Tu送达A位点 490
核糖体利用多种选择机制排斥错误配对的氨基酰tRNA 490
核糖体是核酶 492
肽键形成和延伸因子EF-G促进了tRNA和mRNA的易位 496
EF-G通过取代结合在A位点的tRNA来驱动易位 497
EFTu-GDP和EF-GGDP在参加新一轮延伸之前必须将GDP换成GTP 498
形成肽键的一个循环要消耗两个GTP分子和一个ATP分子 498
框14-4 GTP结合蛋白、构象转变以及翻译事件的忠实性和次序 499
翻译终止 500
释放因子在终止密码子的作用下终止翻译 500
Ⅰ类释放因子的一小段区域识别终止密码子并催化多肽链的释放 501
GDP／GTP交换和GTP水解调控Ⅱ类释放因子的功能 501
核糖体回收因子模仿tRNA 503
框14-5 抗生素通过阻遏翻译的某些特定步骤抑制细胞分裂 505
翻译的调控 507
蛋白质或RNA在核糖体结合位点附近结合下调细菌翻译的起始 507
原核翻译调控：核糖体蛋白是其自身合成的翻译抑制因子 508
真核翻译总体调节因子以mRNA识别及起始tRNA核糖体结合所需的主要因子为靶标 511
通过对mRNA特异的4E-BPs进行的翻译空间调控 511
一个铁离子调控的RNA结合蛋白控制转铁蛋白的翻译 513
酵母转录激活因子Gcn4的翻译受到上游短ORF及三元复合物丰度的调控 514
依赖翻译的mRNA和蛋白质的稳定性调节 516
SsrA RNA援救翻译缺陷mRNA的核糖体 516
真核细胞降解不完整的或终止密码子提前的 mRNA 517
小结 519
参考文献 521
第15章遗传密码 522
遗传密 码具简并性 522
认识密码子组成的规律 524
反密码子的摆动配对 524
三个密码子指导链的终止 526
遗传密码是如何破译的？ 526
通过人工合成的mRNA激发氨基酸的掺入 526
poly-U编码多聚Phe 527
混合多聚核苷酸使其他密码子的组成得以确定 528
tRNA和特定的三联密码子结合 529
重复共聚物确定密码子 529
遗传密码遵循的三条规律 530
改变遗传密码的三种点突变 531
遗传密码是以3个碱基为阅读单位的遗传学证据 532
抑制突变可以存在于相同或不同的基因中 532
基因间抑制涉及突变tRNA 533
无义突变抑制也能识别正常的终止信号 534
证实遗传密码的正确性 535
遗传密码几乎通用 536
小结 537
参考文献 538
第4篇 调 控第16章 原核生物的基因调控 545
转录调控的原理 545
基因表达由调控蛋白控制 545
很多启动子通过协助RNA聚合酶结合DNA的活化子和阻碍两者结合的抑制子进行调控 546
某些活化子通过变构和调控RNA聚合酶对结合后的转录步骤起作用 547
远程激活和DNA环化 548
协同结合和变构在基因调控中有多种作用 549
抗终止作用及其延续：基因调控并不局限于转录起始调控 549
转录起始的调控：原核生物的实例 550
活化子和抑制子共同控制lac基因 550
CAP和Lac抑制子对RNA聚合酶结合lac启动子的作用是相反的 551
CAP具有独立的激活表面和DNA结合表面 552
框16-1 活化子旁路实验 553
CAP和Lac抑制子以相同的结构模体结合DNA 554
Lac抑制子和CAP的活性由其信号变构控制 556
框16-2 Jacob、Monod及其基因调控的观点 557
组合控制：CAP也控制其他基因 559
选择性的σ因子指导RNA聚合酶选择性地结合启动子 560
NtrC和MerR：以变构而非募集作用的转录活化子 560
NtrC具有ATPase活性且其作用位点距基因较远 561
MerR通过扭曲DNA激活转录 562
某些抑制子在启动子上滞留而非排斥RNA聚合酶 562
AraC和抗激活作用对araBAD操纵子的控制 563
λ噬菌体：调控的层次 564
基因表达的选择性模式控制裂解和溶原性生长 565
调控蛋白及其结合位点 567
λ抑制子与操作子位点协同结合 568
框16-3 浓度、亲和力和协同结合 568
抑制子和Cro以不同模式结合控制裂解和溶原生长 571
溶原性诱导需要λ抑制子的蛋白水解切割 571
抑制子的负自我调控需远程相互作用和大的DNA环 572
框16-4 λ转换的进化 573
λcⅡ，一种控制溶原或裂解、生长或感染新宿主的活化子 576
侵染特定细菌的噬菌体颗粒的数目影响侵染走向溶菌或溶原 576
框16-5 遗传学方法确定参与裂解／溶原选择的基因 577
E．coli的生长条件控制CⅡ的稳定性并因而控制裂解／溶原的选择 578
λ发育中的转录抗终止作用 578
逆回调控：RNA合成和稳定性控制相互影响并决定基因表达 581
小结 582
参考文献 583
第17章 真核生物的基因调控 585
从酵母到哺乳动物转录调控的保守机制 587
活化子的DNA结合与激活功能的分离 587
框17-1 双杂交实验 590
真核细胞调控蛋白使用一系列DNA结合域，但DNA识别的原理与细菌的相同 591
激活域结构不确定性 593
通过真核生物活化子募集结合基因的蛋白复合物 594
活化子募集转录机器到基因上 594
活化子也募集核小体修饰物来帮助转录机器结合到启动子上 595
在某些启动子上活化子募集另一个因子来进行有效的起始和延伸 597
远距作用：环与绝缘子 597
某些基因群的正确调控需要位点控制区域 598
框17-2 同一和不同染色体上远距离相互作用 600
信号整合与组合控制 602
活化子联合作用促进信号整合 602
信号整合：HO基因受两个调控子的控制，一个募集核小体修饰物，另一个募集中介蛋白 604
信号整合：活化子协同作用，共同与人类β干扰素基因结合 604
组合控制是真核细胞的复杂性与多样性的核心所在 607
酵母交配型基因的组合控制 607
框17-3 调控回路的可进化能力 609
转录抑制子 610
信号转导与转录调控子的控制 612
信号通常通过信号转导通路传达至转录调控子 612
信号通过多种方式控制真核细胞转录调控子 613
活化子和抑制子有时以片段形式存在 616
组蛋白与DNA修饰导致的基因“沉默” 616
在酵母中，沉默由组蛋白的脱乙酰化作用和甲基化作用介导 617
果蝇中HP1识别甲基化的组蛋白和凝聚染色质 618
框17-4 存在组蛋白密码吗？ 619
在哺乳动物中，DNA甲基化与沉默状态的基因有关 620
基因表达的epi遗传调控 622
框17-5 转录抑制与人类疾病 622
基因的表观遗传调控 623
基因表达的某些状态跨越细胞分裂得以继承，即使起始信号不再存在 624
框17-6 用转录因子将体细胞重新编程为胚胎干细胞 626
小结 627
参考文献 629
第18章 调控RNA 631
细菌中RNA介导的调控 631
基因转录物中的核糖开关——通过改变二级结构调控基因表达 633
框18-1 受衰减作用调控的氨基酸生物合成操纵子 637
RNA干扰是真核生物的主要调控机制 639
小RNA来源广泛，通过三条途径指导基因沉默 640
miRNA分子的合成与功能 641
miRNA的特征性结构——自身和靶基因识别 641
活性miRNA是由两步核解过程产生的 644
Dicer是miRNA生成的第二个RNA切割酶 644
前导RNA链整合进RISC，形成能沉默基因表达的成熟复合体 646
siRNA是源于双链长RNA的调控RNA 647
框18-2 miRNA和RNAi的历史 647
小RNA可以通过指导染色质修饰而沉默基因的转录 650
RNAi的进化和应用 652
RNAi像免疫系统那样进化吗？ 652
框18-3 RNAi与人类疾病 652
RNAi已成为基因表达操作的有力工具 654
调控RNA与X染色体灭活 655
X染色体灭活产生镶嵌个体 655
Xist是雌性哺乳动物中灭活一条X染色体灭活的调控RNA 656
小结 657
参考文献 659
第19章 发育和进化的基因调控 660
框19-1 微阵列：理论和操作 661
三种不同的策略指导细胞在发育过程中表达不同的基因组合 661
由于细胞骨架固有的极性使某些RNA在卵细胞和胚胎中被定位化 662
细胞-细胞接触和细胞分泌的信号分子都会激发相邻细胞基因表达的变化 663
分泌信号分子梯度可以引导细胞遵循位置性的不同发育途径 663
三种确定差异基因表达策略的例证 666
Ashl受体定位导致HO基因关闭并控制酵母交配类型 666
框19-2 细胞骨架：非对称和生长 668
定位的mRNA启动海鞘胚胎肌肉的分化 669
框19-3 玻璃海鞘（Ciona）发育概况 669
细胞-细胞接触在成孢子细菌激活差异基因表达中的作用 671
昆虫中枢神经的Notch信号传导控制皮肤神经调节转换 672
Sonic Hedgehog成形素浓度梯度控制脊椎动物不同神经元的形成 674
果蝇胚胎发育的分子生物学 675
果蝇胚胎发育概述 676
框19-4 果蝇胚胎发育概况 676
成形素浓度梯度控制果绳脊-腹成形 679
框19-5 发育中活化子的协同作用 682
未受精卵前后极的定位mRNA启动分节 684
Bicoid和Nanos调节hunchback基因 685
框19-6 干细胞 686
Hunchback抑制子浓度梯度建立了Gap基因表达的不同限度 688
Hunchback和间隔蛋白产生了基因表达的分节条 688
间隔抑制子浓度梯度引起基因表达的条带化 690
框19-7 动物发育和进化中的顺式调控序列 690
短程转录抑制子允许在复杂的eve调节区域中不同的增强子独立作用 693
同源异型基因：一类重要的发育调节因子 694
同源异型基因表达的变化导致节肢动物的多样性 696
节肢动物变化多端 696
Ubx表达的改变引起甲壳动物肢的改变 696
框19-8 果蝇同源异型基因由特殊染色体簇构成 697
哺乳动物Hox基因复合体控制前后轴类型 698
Hox基因表达类型的改变生成脊椎动物形态的多样性 698
Hox基因表达模式的保持 699
微小RNA调节Hox基因活性 699
为什么昆虫缺少腹肢 700
飞行肢的修饰可能来自调节DNA序列的进化 701
小结 703
参考文献 704
第20章 基因组分析与系统生物学 705
基因组学概述 705
生物信息学技术用于全基因组中蛋白质编码基因的鉴定 705
用全基因组覆瓦式芯片分析转录组 706
专门的比对工具可用来鉴定DNA调控序列 707
框20-1 识别复杂增强子的生物信息学方法 710
增强子识别的最佳方法——ChIP-Chip分析 712
许多的动物间有非常相近的基因群 713
许多动物中都含有不规则基因 714
进化中的同线性 715
用深度测序（deep sequencing）探索人类的起源 717
系统生物学 717
含有节（node）与端（edge）的转录回路 718
自身负调控：降噪和降时 719
喧噪的基因表达 720
自身正调控延迟基因表达 721
一些可锁定在不同稳定状态的调控回路 722
框20-2双稳性与滞后作用 723
前馈环——一种有优势特征的三节点网络结构 725
发育过程中的前馈环 727
有些调控回路产生节律性的基因表达模式 727
用人工合成的环路模拟自然的调控网络 730
展望 731
小结 731
参考文献 732
第5篇 方 法第21章 分子生物学技术 741
核酸 742
凝胶电泳能根据大小分离DNA和RNA分子 742
限制性内切核酸酶在特定位点切割DNA分子 744
DNA杂交能用来鉴定特定的DNA分子 746
杂交探针能鉴定经电泳分离的DNA和RNA 746
特定DNA区段的分离 748
DNA克隆 748
在质粒载体中克隆DNA 749
载体DNA能通过转化导入宿主生物体中 750
用克隆法制备DNA分子文库 750
杂交法可以用来鉴定DNA文库中的某一特定克隆 752
化学合成的寡聚核苷酸 752
聚合酶链反应（PCR）通过体外DNA的重复复制而扩增DNA 754
框21-1 法医学与聚合酶链反应 755
4组部分重叠的DNA片段揭示核苷酸序列 755
框21-2 用自动测序仪进行高通量测序 760
用鸟枪法测定一个细菌基因组的序列 761
鸟枪法使大基因组序列的部分组装成为可能 761
末端配对法使大基因组支架的组装成为可能 763
向1000美元测定人类基因组迈进 765
蛋白质 766
可以从细胞抽提物中纯化特定蛋白质 766
每一种蛋白质的纯化都需要一种特殊的分析方法 767
制备含有活性蛋白质的细胞抽提物 767
柱层析法可以将蛋白质分离 767
亲和层析能使蛋白质纯化更加快速 768
用聚丙烯酰胺凝胶分离蛋白质 769
抗体能显示电泳分离的蛋白质 770
蛋白质分子可以被直接测序 771
蛋白质组学 773
联合使用液相色谱和质谱鉴定复杂提取物中的蛋白质 773
通过蛋白质组学比较鉴定细胞间的差异 774
质谱技术也可以检测蛋白质的修饰情况 774
蛋白质-蛋白质相互作用可以产生蛋白质功能的信息 775
核酸-蛋白质相互作用 775
蛋白质的结合改变DNA的电泳迁移速率 776
蛋白质的结合可以保护DNA不被核酸酶降解或化学修饰 778
染色质免疫共沉淀检测细胞中蛋白质与DNA的关联 779
可用体外选择鉴定蛋白质的DNA或RNA结合位点 781
参考文献 783
第22章 模式生物 784
噬菌体 785
噬菌体生长的检测 787
一步生长曲线 787
噬菌体杂交和互补实验 788
转导和重组DNA 788
细菌 789
细菌生长的检测 790
细菌通过性结合、噬菌体介导的转导和DNA介导的转化交换DNA 790
细菌质粒可以用作克隆载体 792
转座子可用来产生插入突变和基因与操纵子的融合 792
重组DNA技术、全基因组测序和转录谱绘制加强了细菌的分子生物学研究 793
有了更好的传统和分子遗传学的工具，简单细胞的生化分析就会更加有效 794
细胞学分析同样适用于细菌 794
关于基因的基本知识绝大部分来自噬菌体和细菌 794
酿酒酵母 795
单倍体和双倍体细胞的存在促进了酿酒酵母的遗传分析 796
在酵母中容易产生精确的突变 796
酿酒酵母有一个研究透彻的小基因组 797
酿酒酵母细胞在生长时改变形态 797
拟南芥 798
拟南芥具有单倍体和双倍体交替的快速生命周期 799
拟南芥容易转化适于反向遗传学研究 800
拟南芥基因组小，容易操作 800
表观遗传学 801
植物对环境的反应 801
发育和形态建成 802
秀丽新小杆线虫 802
秀丽新小杆线虫的生活周期很短 803
秀丽新小杆线虫由相对较少、研究得很深入的细胞谱系组成 804
细胞死亡途径是在秀丽新小杆线虫中发现的 805
RNA干扰（RNAi）是在秀丽新小杆线虫中发现的 805
黑腹果蝇 805
果蝇的生活周期很短 806
第一个基因图谱在果蝇中产生 806
遗传嵌合体使分析成蝇中的致死基因得以进行 809
酵母FLP重组酶能够有效产生遗传嵌合体 810
制备携带外源DNA的转基因果蝇简便易行 810
小鼠 812
鼠的胚胎发育依赖干细胞 813
把外源DNA引入小鼠胚胎并不复杂 814
同源重组为单个基因的选择性去除提供了机会 815
小鼠中存在epi-遗传 817
参考文献 818