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1　绪论1

1.1　分子生物学的概念1

1.2　分子生物学的研究内容1

1.3　分子生物的发展和展望2

1.3.1　分子生物学的兴起2

1.3.2　分子生物学的发展4

1.3.3　分子生物学的展望5

本章内容提要6

思考题6

2　核酸的结构和功能7

2.1 DNA是主要的遗传物质7

2.2　核酸的组成成分8

2.2.1　戊糖8

2.2.2　含氮碱基9

2.2.3　核苷10

2.2.4　核苷酸10

2.3　核酸的一级结构13

2.4　DNA的二级结构13

2.4.1 DNA双螺旋结构的实验依据14

2.4.2　DNA双螺旋结构的要点14

2.4.3　DNA二级结构的其他类型16

2.5 DNA的高级结构19

2.5.1 环状DNA的超螺旋结构19

2.5.2　真核生物染色体的结构20

2.6　RNA的结构和功能23

2.6.1 tRNA23

2.6.2 rRNA24

2.6.3 mRNA和hnRNA25

2.6.4 snRNA和snoRNA25

2.6.5 asRNA和RNAi25

2.6.6 非编码RNA的多样性26

2.7　核酸的性质27

2.7.1　一般理化性质27

2.7.2　紫外吸收性质28

2.7.3　核酸结构的稳定性28

2.7.4　核酸的变性28

2.7.5　核酸的复性29

2.8　核酸的研究方法31

2.8.1　核酸的提取与沉淀31

2.8.2　核酸的电泳分离32

2.8.3　核酸的超速离心32

2.8.4　核酸的分子杂交33

2.8.5 DNA芯片技术及应用34

2.8.6　DNA的化学合成34

2.9　核酸的序列测定35

2.9.1　链终止法35

2.9.2　焦磷酸测序技术37

本章内容提要38

思考题40

3　基因和基因组41

3.1　基因的概念41

3.2　基因的类型43

3.2.1　基因家族和基因簇43

3.2.2　假基因45

3.2.3　重叠基因46

3.2.4　移动基因46

3.2.5　断裂基因46

3.3　基因组51

3.3.1　基因组的概念51

3.3.2　病毒的基因组52

3.3.3　原核生物的基因组55

3.4　真核生物的基因组57

3.4.1　真核生物基因组的特点57

3.4.2　真核生物基因组的重复序列58

3.4.3　线粒体基因组的结构63

3.4.4　叶绿体基因组的结构65

3.5　结构基因组学66

3.5.1　遗传图谱和物理图谱67

3.5.2　重叠群的建立67

3.5.3　高分辨率物理图谱的制作68

3.5.4　序列测定69

3.5.5　基因定位71

3.6　功能基因组学71

3.6.1　功能基因组学的概念71

3.6.2　蛋白质组学72

3.6.3　生物信息学75

本章内容提要77

思考题79

4　DNA的生物合成80

4.1 DNA复制的概况80

4.1.1 DNA的半保留复制80

4.1.2　复制的起点和方向81

4.2　原核生物DNA的复制82

4.2.1 参与原核生物DNA复制的酶和蛋白质82

4.2.2　复制的起始88

4.2.3　DNA链的延伸89

4.2.4　复制的终止91

4.3　真核生物DNA的复制92

4.3.1 参与真核生物DNA复制的酶和蛋白质92

4.3.2 真核生物DNA复制的特点93

4.3.3 真核生物DNA复制的过程94

4.3.4　端粒DNA的复制95

4.3.5　DNA复制与核小体组装96

4.4　DNA复制的其他方式97

4.4.1　滚环复制97

4.4.2　取代环复制97

4.4.3 线形DNA末端复制的问题98

4.5　DNA复制的高度忠实性100

4.6　逆转录作用100

4.6.1　逆转录病毒的结构101

4.6.2　cDNA的合成103

4.6.3　原病毒DNA的整合104

4.6.4　逆转录作用的生物学意义105

4.7　原核生物DNA复制的调控105

4.7.1 大肠杆菌染色体DNA复制的调控105

4.7.2 ColEl质粒DNA复制的调控106

4.7.3 R6K质粒DNA复制的调控106

4.7.4 单链DNA噬菌体复制的调控107

4.7.5 λ噬菌体DNA复制的调控107

4.8　真核生物DNA复制的调控107

4.8.1 SV40病毒DNA复制的调控108

4.8.2 腺病毒DNA复制的调控108

4.8.3　酵母染色体DNA复制的调控108

本章内容提要109

思考题111

5 DNA的损伤与修复113

5.1 DNA损伤的产生113

5.1.1　DNA分子的自发性损伤113

5.1.2　物理因素引起的DNA损伤115

5.1.3　化学因素引起的DNA损伤116

5.2　基因的突变119

5.2.1　突变的类型119

5.2.2　突变的回复和校正120

5.2.3　诱变剂和致癌剂的检测122

5.3　DNA损伤的修复122

5.3.1 直接修复122

5.3.2　切除修复124

5.3.3　错配修复129

5.3.4　双链断裂的修复130

5.4　损伤跨越131

5.4.1　重组跨越131

5.4.2　跨越合成132

5.5　DNA修复缺陷与癌症的关系133

本章内容提要134

思考题135

6 DNA重组和克隆137

6.1 同源重组137

6.1.1 同源重组的分子模型137

6.1.2　细菌的基因转移与重组139

6.1.3　细菌同源重组的酶学机制142

6.1.4　真核生物的同源重组143

6.2　位点特异性重组145

6.2.1　位点特异性重组的机制145

6.2.2 λ噬菌体DNA的整合与切除146

6.2.3　细菌的特异位点重组147

6.2.4 免疫球蛋白基因的V(D)J重组147

6.3　转座重组149

6.3.1　转座子的概念149

6.3.2　原核生物的转座子150

6.3.3　真核生物的转座子152

6.4　逆转录转座子155

6.4.1　逆转录转座子的结构155

6.4.2　逆转录转座子的生物学意义157

6.5　转座的分子机制158

6.5.1　非复制型转座158

6.5.2　复制型转座158

6.6　聚合酶链式反应技术160

6.6.1 PCR的基本原理160

6.6.2　PCR反应体系的优化161

6.6.3 PCR技术的扩展162

6.7　DNA克隆163

6.7.1 用于DNA克隆的工具酶163

6.7.2　常用的克隆载体164

6.7.3 DNA分子的体外连接166

6.7.4　重组子导入受体细胞167

6.7.5　重组子的筛选167

6.7.6　基因组文库的构建169

6.7.7　cDNA文库的构建170

6.7.8 目的基因的来源170

6.8　克隆基因的表达171

6.8.1　检测表达产物的方法171

6.8.2　外源基因在原核细胞中的表达173

6.8.3　外源基因在真核细胞中的表达175

6.9　转基因植物和转基因动物179

6.9.1　转基因植物179

6.9.2　转基因动物180

本章内容提要181

思考题183

7 RNA的生物合成185

7.1 RNA生物合成的概况185

7.2　原核生物的转录186

7.2.1 原核生物的RNA聚合酶186

7.2.2　转录的起始188

7.2.3　RNA链的延伸190

7.2.4　转录的终止191

7.3　真核生物的转录193

7.3.1　真核生物转录的特点193

7.3.2　真核生物的RNA聚合酶193

7.3.3　RNA聚合酶Ⅱ催化的转录194

7.3.4 RNA聚合酶Ⅰ催化的转录198

7.3.5 RNA聚合酶Ⅲ催化的转录199

7.4　转录校对200

7.5　转录过程的选择性抑制200

7.5.1　碱基类似物201

7.5.2 DNA模板功能的抑制剂201

7.5.3　RNA聚合酶的抑制物202

7.6 RNA复制203

7.6.1 RNA复制的特点203

7.6.2 双链RNA病毒的RNA复制203

7.6.3 正链RNA病毒的RNA复制203

7.6.4 负链RNA病毒的RNA复制204

7.6.5　无模板的RNA合成205

本章内容提要205

思考题207

8　转录产物的加工208

8.1 原核生物RNA的转录后加工208

8.1.1　原核生物tRNA前体的加工208

8.1.2　原核生物rRNA前体的加工209

8.1.3　原核生物mRNA前体的加工210

8.2 真核生物tRNA前体的转录后加工211

8.2.1 真核生物tRNA前体的结构特点211

8.2.2　内含子的剪接211

8.2.3 在3'-端添加-CCA212

8.2.4　核苷酸的修饰212

8.3 真核生物rRNA前体的转录后加工212

8.3.1 rRNA基因的结构212

8.3.2　rRNA前体的核苷酸修饰213

8.3.3　rRNA前体的剪切214

8.4　真核生物mRNA前体的加工215

8.4.1　形成5'-端帽子结构215

8.4.2　形成3'-端的多聚腺苷酸217

8.4.3　断裂基因的拼接219

8.5　不同类型内含子的比较222

8.5.1 Ⅰ型内含子222

8.5.2　Ⅱ型内含子223

8.5.3 内含子剪接机制的比较225

8.6　核酶225

8.6.1　核酶的发现225

8.6.2　核酶的类型226

8.6.3　核酶的结构226

本章内容提要227

思考题229

9　蛋白质的生物合成230

9.1　蛋白质生物合成的概述230

9.1.1 mRNA是蛋白质合成的模板230

9.1.2　tRNA是氨基酸的运载体232

9.1.3　核糖体是蛋白质合成的场所233

9.1.4　参与蛋白质合成的各种辅因子235

9.2　遗传密码的破译235

9.2.1　遗传密码是三联体236

9.2.2　用人工合成的多聚核苷酸破译遗传密码236

9.2.3　用人工合成的三核苷酸破译遗传密码237

9.3　遗传密码的特性238

9.3.1 遗传密码是连续排列的三联体238

9.3.2　起始密码与终止密码238

9.3.3　遗传密码的简并性239

9.3.4　遗传密码的变偶性239

9.3.5　遗传密码的通用性240

9.3.6　遗传密码的防错系统241

9.3.7　可读框242

9.4　氨酰-tRNA的合成242

9.4.1 合成氨酰-tRNA的反应242

9.4.2　氨酰-tRNA合成酶的特异性244

9.5　原核生物的蛋白质合成245

9.5.1　原核生物肽链合成的起始245

9.5.2　原核生物肽链合成的延伸247

9.5.3　原核生物肽链合成的终止249

9.6　真核生物的蛋白质合成250

9.6.1　真核生物肽链合成的起始250

9.6.2　真核生物肽链合成的延伸253

9.6.3　真核生物肽链合成的终止253

9.7　蛋白质生物合成的抑制剂254

9.7.1 原核生物肽链合成的抑制剂254

9.7.2　真核生物肽链合成的抑制剂254

9.7.3　作用于原核生物和真核生物的肽链合成抑制剂255

本章内容提要255

思考题256

10　肽链合成后的加工和输送257

10.1　肽链合成后的加工257

10.1.1　肽链的剪接257

10.1.2　氨基酸残基的修饰258

10.1.3　多肽链的折叠261

10.2　肽链合成后的定向输送264

10.2.1　共翻译途径265

10.2.2　翻译后途径267

本章内容提要271

思考题272

11　原核生物基因表达的调控273

11.1　原核生物基因表达调控的概述273

11.2　DNA水平的调控274

11.2.1 细菌DNA重排对基因表达的影响274

11.2.2　σ因子对原核生物转录起始的调控275

11.3　操纵子对基因表达的调控276

11.3.1　操纵子的基本结构277

11.3.2　乳糖操纵子278

11.3.3　阿拉伯糖操纵子281

11.3.4　色氨酸操纵子282

11.4　转录终止阶段的调控285

11.4.1　抗终止作用286

11.4.2　弱化作用287

11.5　翻译水平的调控287

11.5.1 mRNA二级结构对基因表达的调控288

11.5.2　mRNA稳定性对翻译的调节288

11.5.3　反义RNA对翻译的调控289

11.5.4　蛋白质合成的自体调控290

11.5.5　严谨反应与核糖体合成的调控293

11.6　核开关和群体感应294

11.6.1　核开关294

11.6.2　群体感应295

本章内容提要296

思考题297

12　真核生物基因表达的调控298

12.1　真核生物基因表达调控的特点298

12.1.1 原核生物和真核生物基因表达调控的差别298

12.1.2　真核生物基因表达调控的层次299

12.2　染色体水平的调控300

12.2.1　异染色质化对基因活性的影响300

12.2.2　组蛋白对基因活性的影响301

12.2.3　非组蛋白对基因活性的影响305

12.2.4　核基质对基因活性的影响306

12.2.5　基因的丢失307

12.2.6　基因的扩增307

12.3　染色体基因的重排308

12.3.1 免疫球蛋白基因的重排308

12.3.2　酵母交配型染色体的重排310

12.4　DNA水平的调控310

12.4.1 DNA的甲基化310

12.4.2 DNA甲基化对转录活性的影响311

12.5　真核生物转录水平的调控313

12.5.1　顺式作用元件313

12.5.2　反式作用因子315

12.5.3　转录调控的作用机制319

12.5.4 固醇类激素对基因转录的调控322

12.6　转录后水平的调控325

12.6.1　可变剪接326

12.6.2　反式剪接328

12.6.3　RNA编辑329

12.6.4　RNA的转运330

12.7　翻译水平的调控331

12.7.1 mRNA稳定性对基因活性的影响331

12.7.2　翻译起始阶段的调控333

12.7.3　mRNA的选择性翻译335

12.7.4　RNA干扰导致的基因沉默336

12.8　翻译后调控337

12.9　真核生物发育过程中的基因表达调控339

12.9.1　母性基因339

12.9.2　分节基因340

12.9.3　同源异型基因340

本章内容提要342

思考题343

参考文献345

中文索引346

英文缩写词索引351