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第1章 绪论1

1.1引言2

1.1.1创世说与进化论2

1.1.2细胞学说3

1.1.3经典生物化学和遗传学4

1.1.4 DNA的发现与基因学说的创立6

1.1.5不同的遗传方式可能存在于不同的生物体中8

1.2分子生物学简史9

1.3分子生物学主要研究内容13

1.3.1重组DNA技术（基因工程）13

1.3.2基因表达调控研究15

1.3.3生物大分子的结构功能研究（结构分子生物学）16

1.3.4基因组、功能基因组与生物信息学研究16

1.4展望17

思考题18

主要参考文献18

第2章 染色体与DNA21

2.1染色体23

2.1.1染色体概述23

2.1.2真核细胞染色体的组成25

2.1.3原核生物基因组33

2.2 DNA的结构35

2.2.1 DNA的一级结构35

2.2.2 DNA的二级结构36

2.2.3 DNA的高级结构41

2.3 DNA的复制42

2.3.1 DNA的半保留复制42

2.3.2 DNA复制的一些基本概念43

2.3.3 DNA复制的几种主要方式46

2.4原核生物和真核生物DNA复制的特点50

2.4.1原核生物DNA复制的特点50

2.4.2真核生物DNA复制的特点54

2.4.3 DNA复制的调控56

2.5 DNA的修复57

2.5.1错配修复58

2.5.2切除修复59

2.5.3重组修复61

2.5.4 DNA的直接修复61

2.5.5 SOS反应61

2.6 DNA的转座62

2.6.1转座子的分类和结构特征62

2.6.2真核生物中的转座子63

2.6.3转座作用的机制64

2.6.4转座作用的遗传学效应65

2.7 SNP的理论与应用66

2.7.1 SNP概述66

2.7.2 SNP的检测技术67

2.7.3 SNP的应用69

思考题70

第3章 生物信息的传递（上）——从DNA到RNA71

3.1 RNA的结构、分类和功能73

3.1.1 RNA的结构特点73

3.1.2 RNA在细胞中的分布73

3.1.3 RNA的功能74

3.2 RNA转录的基本过程74

3.2.1模板识别74

3.2.2转录起始75

3.2.3转录延伸77

3.2.4转录终止78

3.3转录机器的主要成分——RNA聚合酶81

3.3.1原核生物RNA聚合酶81

3.3.2真核生物RNA聚合酶83

3.4启动子与转录起始85

3.4.1启动子区的基本结构85

3.4.2启动子区的识别87

3.4.3 RNA聚合酶与启动子区的结合87

3.4.4-10区与-35区的最佳间距88

3.4.5增强子及其功能89

3.4.6真核生物启动子对转录的影响89

3.4.7转录的抑制92

3.5原核生物与真核生物转录产物比较93

3.6原核生物与真核生物mRNA的特征比较93

3.6.1原核生物mRNA的特征93

3.6.2真核生物mRNA的特征96

3.7 真核生物RNA的转录后加工99

3.7.1真核生物RNA中的内含子99

3.7.2真核生物tRNA前体的转录后加工100

3.7.3真核生物rRNA前体的转录后加工100

3.7.4真核生物mRNA的剪接100

3.8 RNA的编辑、再编码和化学修饰108

3.8.1 RNA的编辑108

3.8.2 RNA的再编码110

3.8.3 RNA的化学修饰110

3.8.4核酶110

3.8.5 RNA在生物进化中的地位112

思考题113

第4章 生物信息的传递（下）——从mRNA到蛋白质115

4.1遗传密码——三联子116

4.1.1三联子密码及其破译117

4.1.2遗传密码的性质119

4.2 tRNA123

4.2.1 tRNA的三叶草形二级结构123

4.2.2 tRNA的L形三级结构125

4.2.3 tRNA的功能126

4.2.4 tRNA的种类127

4.2.5氨酰-tRNA合成酶128

4.3核糖体128

4.3.1核糖体的结构130

4.3.2核糖体的功能134

4.4蛋白质合成的生物学机制134

4.4.1氨基酸的活化135

4.4.2翻译的起始137

4.4.3肽链的延伸139

4.4.4肽链的终止143

4.4.5蛋白质前体的加工144

4.4.6蛋白质的折叠146

4.4.7蛋白质合成的抑制剂148

4.5蛋白质运转机制150

4.5.1翻译-运转同步机制151

4.5.2翻译后运转机制154

4.5.3核定位蛋白的运转机制157

4.6蛋白质的修饰、降解与稳定性研究159

4.6.1泛素化修饰介导的蛋白质降解159

4.6.2蛋白质的SUMOylation161

4.6.3蛋白质的NEDDylation162

4.6.4蛋白质的一级结构对蛋白质稳定性的影响163

思考题164

第5章 分子生物学研究法（上）—— DNA、RNA及蛋白质操作技术165

5.1重组DNA技术史话166

5.2 DNA基本操作技术173

5.2.1核酸凝胶电泳173

5.2.2细菌转化175

5.2.3聚合酶链式反应技术177

5.2.4实时定量PCR178

5.2.5重亚硫酸盐测序技术181

5.2.6基因组DNA文库的构建183

5.3 RNA基本操作技术185

5.3.1总RNA的提取185

5.3.2 mRNA的纯化186

5.3.3 cDNA的合成187

5.3.4 cDNA文库的构建188

5.3.5基因文库的筛选189

5.4基因克隆技术190

5.4.1 RACE技术191

5.4.2应用cDNA差示分析法克隆基因192

5.4.3 Gateway大规模克隆技术193

5.4.4基因的图位克隆法193

5.4.5热不对称交错多聚酶链式反应克隆T-DNA插入位点侧翼序列195

5.5蛋白质与蛋白质组学技术196

5.5.1双向电泳技术197

5.5.2荧光差异显示双向电泳技术198

5.5.3蛋白质质谱分析技术198

思考题200

第6章 分子生物学研究法（下）——基因功能研究技术203

6.1基因表达研究技术204

6.1.1转录组测序204

6.1.2 RNA的选择性剪接技术207

6.1.3原位杂交技术209

6.1.4基因定点突变技术209

6.2基因敲除技术212

6.2.1基本原理212

6.2.2高等动物基因敲除技术214

6.2.3植物基因敲除技术218

6.3蛋白质及RNA相互作用技术219

6.3.1酵母单杂交系统219

6.3.2酵母双杂交系统220

6.3.3蛋白质相互作用技术221

6.3.4染色质免疫共沉淀技术225

6.3.5 RNA干涉技术及其应用227

6.4基因芯片及数据分析228

6.4.1基因芯片技术原理228

6.4.2基因芯片的点制过程229

6.4.3基因芯片数据分析229

6.5利用酵母鉴定靶基因功能231

6.5.1酵母的遗传学和分子生物学简介231

6.5.2酵母基因转化与性状互补233

6.5.3外源基因在酵母中的功能鉴定233

6.6 其他分子生物学技术234

6.6.1凝胶滞缓实验234

6.6.2噬菌体展示技术235

6.6.3蛋白质磷酸化分析技术237

6.6.4蛋白质免疫印迹与抗体制备239

6.6.5细胞定位及染色技术242

思考题243

第7章 原核基因表达调控245

7.1原核基因表达调控总论247

7.1.1原核基因表达调控分类248

7.1.2原核基因表达调控的主要特点250

7.1.3弱化子对基因活性的影响251

7.1.4降解物对基因活性的调节252

7.1.5细菌的应急反应252

7.2乳糖操纵子与负控诱导系统252

7.2.1酶的诱导——lac体系受调控的证据253

7.2.2操纵子模型及其影响因子254

7.2.3 lac操纵子DNA的调控区域——P、O区260

7.2.4 lac操纵子中的其他问题260

7.3色氨酸操纵子与负控阻遏系统261

7.3.1 trp操纵子的阻遏系统264

7.3.2弱化子与前导肽264

7.3.3 trp操纵子弱化机制的实验依据267

7.3.4 trp操纵子的其他调控机制268

7.4其他操纵子270

7.4.1半乳糖操纵子270

7.4.2阿拉伯糖操纵子272

7.4.3阻遏蛋白LexA的降解与细菌中的SOS应答275

7.4.4二组分调控系统和信号转导276

7.4.5多启动子调控的操纵子276

7.5固氮基因调控277

7.5.1固氮酶278

7.5.2与固氮有关的基因及其表达调控279

7.5.3根瘤的产生以及根瘤相关基因的调控280

7.6 转录水平上的其他调控方式282

7.6.1 σ因子的调节作用282

7.6.2组蛋白类似蛋白的调节作用283

7.6.3转录调控因子的作用283

7.6.4抗终止因子的调节作用284

7.7转录后调控285

7.7.1 mRNA自身结构元件对翻译的调节285

7.7.2 mRNA稳定性对转录水平的影响287

7.7.3调节蛋白的调控作用288

7.7.4反义RNA的调节作用289

7.7.5稀有密码子对翻译的影响289

7.7.6重叠基因对翻译的影响290

7.7.7翻译的阻遏291

7.7.8魔斑核苷酸水平对翻译的影响291

思考题292

第8章 真核基因表达调控293

8.1真核基因表达调控相关概念和一般规律294

8.1.1基因表达的基本概念294

8.1.2真核基因的断裂结构294

8.1.3基因家族297

8.1.4基因表达的方式和特点300

8.1.5真核基因表达调控一般规律301

8.2真核基因表达的转录水平调控302

8.2.1真核基因的一般结构特征302

8.2.2增强子及其对转录的影响305

8.2.3反式作用因子306

8.3真核基因表达的染色质修饰和表观遗传调控315

8.3.1真核生物DNA水平上的基因表达调控315

8.3.2 DNA甲基化与基因活性的调控319

8.3.3组蛋白乙酰化对基因表达的影响323

8.3.4组蛋白甲基化对于真核基因表达的调控327

8.4基因沉默对真核基因表达的调控331

8.4.1基因沉默的相关概念331

8.4.2干扰小RNA332

8.4.3 miRNA337

8.5真核基因其他水平上的表达调控341

8.5.1蛋白质磷酸化对基因转录的调控341

8.5.2蛋白质乙酰化对转录活性的影响345

8.5.3激素对基因表达的影响347

8.5.4热激蛋白对基因表达的影响350

8.5.5 RNA的加工成熟353

8.5.6翻译水平调控357

思考题360

第9章 疾病与人类健康361

9.1肿瘤与癌症362

9.1.1反转录病毒致癌基因363

9.1.2原癌基因（细胞转化基因）产物及其分类367

9.1.3原癌基因的表达调控369

9.1.4基因互作与癌基因表达372

9.2人类免疫缺陷病毒——HIV375

9.2.1 HIV病毒颗粒的形态结构及传播375

9.2.2 HIV基因组及其编码的蛋白376

9.2.3 HIV的复制379

9.2.4 HIV基因表达调控380

9.2.5 HIV的感染及致病机理385

9.2.6艾滋病的治疗及预防386

9.3乙型肝炎病毒——HBV387

9.3.1肝炎病毒的分类及病毒粒子结构387

9.3.2乙肝病毒基因组及其所编码的主要蛋白388

9.3.3 HBV的复制391

9.4人禽流感的分子机制392

9.4.1人禽流感病毒特点及分型393

9.4.2禽流感病毒进入细胞及其转录与复制393

9.4.3禽流感病毒感染人类的机制395

9.5严重急性呼吸综合征的分子机制396

9.5.1严重急性呼吸综合征冠状病毒的结构与分类396

9.5.2 SARS-CoV的基因组结构397

9.5.3 SARS-CoV的侵染过程398

9.5.4 SARS-CoV病毒的起源及变异399

9.6 基因治疗399

9.6.1基因治疗的主要途径400

9.6.2基因治疗中的病毒载体400

9.6.3基因治疗中的非病毒载体404

思考题405

第10章 基因与发育407

10.1果蝇的发育与调控408

10.1.1卵子发育与卵裂409

10.1.2胚胎发育410

10.1.3果蝇的末端系统及背腹极性基因与发育调控414

10.1.4果蝇的同源异形基因414

10.2高等植物花发育的基因调控415

10.2.1植物的花器官结构415

10.2.2调控花器官发育的主要基因416

10.2.3花器官发育的“ABC”模型418

10.2.4启动花发生的分生组织决定基因420

10.3控制植物开花时间的分子机理422

10.3.1光周期途径422

10.3.2春化作用429

10.3.3开花途径的整合430

思考题432

第11章 基因组与比较基因组学433

11.1人类基因组计划435

11.1.1遗传图435

11.1.2物理图439

11.1.3转录图440

11.1.4全序列图441

11.2高通量DNA序列分析技术443

11.2.1 Sanger DNA序列测定基本原理443

11.2.2基因组DNA大片段文库的构建444

11.2.3鸟枪法序列测定技术及其改良445

11.2.4 Sanger测序法的改进及新一代测序技术447

11.3新测序平台的应用454

11.4其他代表性基因组455

11.4.1大肠杆菌基因组456

11.4.2酵母基因组458

11.4.3拟南芥基因组459

11.4.4水稻基因组460

11.4.5家蚕基因组461

11.4.6鸡基因组462

11.5比较基因组学（comparative genomics）研究463

思考题466

主要参考书目467

名词解释468

后记478

索引479