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内容简介

　　分子生物学专业的一线教师集体编写而成，力求反映分子生物学的基础理论和最新研究趋势与进展。
　　全书每章以引人入胜的导言为开端，以本章内容的发展史，理论和实践方面的意义为切入点来激发学生的学习兴趣，并注意将科学史上一些重要发现的概况编入教材，以培养学生科学思维的能力和敬业精神。分12章深入地阐述了主要生物大分子的结构、生物合成及其调控机制，介绍了基因组学、PCR、DNA克隆、克隆基因的表达等研究方法的基本原理和应用。每章后附有小结和思考题，概括本章的主要内容，使读者能抓住复习的重点。
　　本书内容充实，条理清楚，重点突出，简明通俗，篇幅适中，可作为各类高等院校生物、农林、医学等专业本科生和研究生的教科书，也可作为相关专业教师和科研人员的参考书。

内页插图

目录

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′�捕颂砑营睠CA212
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′�捕嗣弊咏峁�215
8.4.2 形成3′�捕说亩嗑巯佘账�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�瞭RNA的合成242
9.4.1 合成氨酰�瞭RNA的反应242
9.4.2 氨酰�瞭RNA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

精彩书摘

　　2.8.1核酸的提取与沉淀
　　核酸类化合物都溶于水而不溶于有机溶剂，所以核酸可用水溶液提取，除去杂质后，用有机溶剂沉淀。在细胞内，核糖核酸与蛋白质结合成核糖核蛋白（RNP），脱氧核糖核酸与蛋白质结合成脱氧核糖核蛋白（DNP）。在O.14tool／L的氯化钠溶液中，RNP的溶解度相当大，而DNP的溶解度仅为在水中溶解度的1％。当氯化钠的浓度达到1mol／L的时候，RNP的溶解度小，而DNP的溶解度比在水中的溶解度大2倍。所以常选用O.14mol／L的氯化钠溶液提取RNP，选用1mol／L的氯化钠溶液提取DNP。两种核蛋自在不同pH条件下溶解度也不相同，RNP在pH2.0～2.5时溶解度最低，而DNP则在pH4.2时溶解度最低。
　　核酸分离纯化一般应维持在0～4℃的低温条件下，以防止核酸的变性和降解。为防止核酸酶引起的水解作用，可加入十二烷基硫酸钠（SDS）、乙二胺四乙酸（EDTA）、8一羟基喹啉、柠檬酸钠等抑制核酸酶的活性。2.8.1.1 RNA的提取
　　tRNA约占细胞内RNA的15％，相对分子质量较小，在细胞破碎以后溶解在水溶液中，离心或过滤除去组织或细胞残渣，用酸处理调节到pH5，得到的沉淀即为tRAN粗品。mRNA占细胞RNA的5％左右，很不稳定，提取条件要严格控制。rRNA约占细胞内RNA的80％，一般提取的RNA主要是rRNA。
　　（1）稀盐溶液提取法 用0.14mol／L的氯化钠溶液反复抽提组织匀浆或细胞裂解液，得到RNP提取液，再进一步去除DNP、蛋白质、多糖等杂质，获得纯化的RNA。
　　（2）苯酚水溶液提取法 在组织匀浆或细胞裂解液中加入等体积的90 9／6苯酚水溶液，在一定条件下振荡一定时间，将RNA与蛋白质分开，离心分层后，DNA和蛋白质处于苯酚层中，而RNA和多糖溶解于水层中。苯酚溶液提取法操作时温度可控制在2～5℃进行，称为冷酚法提取。也可控制在60℃左右，称为热酚法提取。苯酚溶液提取法不需事先提取RNP，而是直接将RNA与蛋白质和DNA等初步分开，是目前提取RNA的常用方法。必须注意，市售的苯酚往往含有某些重金属和杂质，可能引起核酸的变性或降解。使用时苯酚一般需要减压重蒸，或使用市售的水饱和酚。通常多次用苯酚或氯仿处理使蛋白质变性，每次处理后离心取上层水相。用Trizol试剂可以制备高质量的RNA，但Trizol试剂的价格较高。此外也可用表面活性剂，如sDS和二甲基苯磺酸钠等处理细胞匀浆来提取RNA。mR-NA可用寡聚dT一纤维素亲和层析，或偶联寡聚dT的磁珠从总RNA中分离。
　　由于RNA酶存在广泛，且十分稳定，破碎细胞时要加入胍盐破坏RNA酶，试剂要用O.1％的DEPC（焦碳酸二乙酯）配制，器皿要高压灭菌或用O.1％的DEPC处理。2.8.1.2 DNA的提取
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