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分子生物學(新形態教材) 版權信息
- ISBN：9787030734976
- 條形碼：9787030734976 ; 978-7-03-073497-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
分子生物學(新形態教材) 本書特色
本書內容結合微課、慕課等結構化數字資源，由淺入深，既重視分子生物學的核心基礎，又反映分子生物學的熱點問題。
分子生物學(新形態教材) 內容簡介
本書內容結合微課、慕課等結構化數字資源，由淺入深，既重視分子生物學的核心基礎，又反映分子生物學的熱點問題。全書共6章，主要包括分子生物學的前世今生、遺傳物質DNA、基因的轉錄與翻譯、基因的表達調控與表觀遺傳修飾、分子生物學基本技術與原理、分子生物學與人類健康等內容。本書邏輯清晰、框架新穎，具有較強的啟發性和引導性。 本書可作為高等院校生物科學、生物技術、生物工程等生物學相關專業本科生的教學用書，同時也可作為生命科學領域從事教學與科研的教師、研究生及研究人員的參考用書。
分子生物學(新形態教材) 目錄
目錄
前言
第1章 分子生物學的前世今生 1
1.1 什么是分子生物學 1
1.1.1 分子生物學的概念 1
1.1.2 分子生物學的發展 2
1.2 DNA雙螺旋與中心法則 5
1.2.1 DNA雙螺旋 5
1.2.2 中心法則 7
1.3 分子生物學展望 10
第2章 遺傳物質DNA 12
2.1 證明遺傳物質的經典實驗 12
2.1.1 經典轉化實驗 13
2.1.2 肺炎雙球菌的體外轉化實驗 13
2.1.3 噬菌體侵染細菌實驗 14
2.2 DNA的分子結構 15
2.2.1 核酸的基本單位——核苷酸 15
2.2.2 DNA的一級結構 17
2.2.3 DNA的二級結構 18
2.2.4 DNA的高級結構 23
2.3 DNA復制模式—半保留復制 28
2.4 DNA復制過程 31
2.4.1 原核生物DNA復制起始的特點 31
2.4.2 真核生物DNA復制起始的特點 34
2.4.3 原核生物DNA復制延伸的特點 35
2.4.4 真核生物DNA復制延伸的特點 41
2.4.5 原核生物DNA復制終止的特點 41
2.4.6 真核生物DNA復制終止的特點 42
2.5 特殊DNA的復制 44
2.5.1 線性DNA的復制方式 44
2.5.2 環狀DNA的復制方式 45
2.6 DNA損傷與修復 48
2.6.1 錯配修復 48
2.6.2 切除修復 49
2.6.3 直接修復 51
2.6.4 重組修復 52
2.6.5 SOS修復 53
第3章 基因的轉錄與翻譯 55
3.1 轉錄的基本概念與特點 56
3.2 RNA聚合酶與啟動子 59
3.2.1 RNA聚合酶 59
3.2.2 啟動子 61
3.3 轉錄的基本過程 64
3.3.1 轉錄起始 65
3.3.2 轉錄延伸 65
3.3.3 轉錄終止 65
3.4 轉錄后修飾與加工 66
3.4.1 原核生物的轉錄后加工 66
3.4.2 真核生物的轉錄后加工 67
3.5 翻譯的基本概念與特點 69
3.5.1 mRNA的結構與功能 69
3.5.2 原核生物和真核生物mRNA 5′端特有序列結構 70
3.5.3 原核生物和真核生物mRNA 3′端特有序列結構 72
3.5.4 原核生物的多順反子mRNA 72
3.6 遺傳密碼與tRNA 73
3.6.1 三聯體密碼的破譯 73
3.6.2 三聯體密碼的性質 75
3.6.3 tRNA的結構與功能 79
3.7 翻譯的基本過程 82
3.7.1 rRNA和核糖體的結構與功能 82
3.7.2 多肽鏈的合成 85
3.8 翻譯運轉及翻譯后修飾 88
3.8.1 翻譯后運轉機制 89
3.8.2 翻譯運轉同步機制 92
3.8.3 翻譯后加工 94
3.8.4 蛋白質的降解 96
第4章 基因的表達調控與表觀遺傳修飾 99
4.1 基因的表達調控模式與特點 99
4.2 原核生物基因的表達調控 101
4.2.1 操縱子模式 101
4.2.2 原核生物基因表達的其他調控方式 105
4.3 真核生物基因的表達調控 107
4.3.1 真核生物與原核生物基因表達調控的差別 107
4.3.2 真核生物DNA水平的調控 108
4.3.3 真核生物染色質水平的調控 110
4.3.4 表觀遺傳修飾 113
4.3.5 真核生物基因表達的轉錄與轉錄后水平的調控 116
4.3.6 真核生物基因表達的翻譯與翻譯后水平的調控 120
第5章 分子生物學基本技術與原理 124
5.1 核酸基本操作技術和基因擴增 124
5.1.1 核酸的制備 124
5.1.2 核酸的檢測和分析 126
5.1.3 目的基因的獲得 129
5.2 重組DNA技術和轉基因 133
5.2.1 工具酶 134
5.2.2 載體 135
5.2.3 重組DNA分子的構建 136
5.2.4 重組DNA分子的轉化 138
5.2.5 重組DNA分子的篩選和鑒定 140
5.2.6 重組DNA分子的誘導表達 142
5.3 核酸與蛋白質互作技術 142
5.3.1 凝膠阻滯分析 142
5.3.2 DNA酶足跡法 143
5.3.3 酵母單雜交系統 144
5.3.4 熒光素酶報告系統 144
5.3.5 染色質免疫沉淀技術 146
5.3.6 RNA結合蛋白免疫沉淀技術 146
5.3.7 RNA/DNA pull down技術 147
5.4 蛋白質與蛋白質互作技術 147
5.4.1 蛋白質的提取和分離 148
5.4.2 蛋白質的分析 151
5.4.3 表面等離子體共振技術 154
5.4.4 酵母雙雜交系統 154
5.4.5 免疫共沉淀技術 155
5.4.6 熒光共振能量轉移 156
5.4.7 細胞定位及染色技術 156
5.4.8 噬菌體展示技術 157
5.5 基因功能研究技術 158
5.5.1 基因定點突變技術 158
5.5.2 RNA干擾技術 160
5.5.3 基因敲除技術 161
5.5.4 基因編輯技術 164
5.6 測序與基因組學 167
5.6.1 高通量測序技術原理 167
5.6.2 基因組測序與組裝 170
5.6.3 轉錄組學 172
5.6.4 人類基因組計劃 176
第6章 分子生物學與人類健康 179
6.1 基因診斷與DNA指紋 179
6.1.1 基因診斷 179
6.1.2 DNA指紋 180
6.2 基因治療 181
6.3 生物醫藥 182
6.4 分子腫瘤學 185
6.4.1 原癌基因—細胞轉化基因 186
6.4.2 抑癌基因 187
主要參考文獻 189
前言
第1章 分子生物學的前世今生 1
1.1 什么是分子生物學 1
1.1.1 分子生物學的概念 1
1.1.2 分子生物學的發展 2
1.2 DNA雙螺旋與中心法則 5
1.2.1 DNA雙螺旋 5
1.2.2 中心法則 7
1.3 分子生物學展望 10
第2章 遺傳物質DNA 12
2.1 證明遺傳物質的經典實驗 12
2.1.1 經典轉化實驗 13
2.1.2 肺炎雙球菌的體外轉化實驗 13
2.1.3 噬菌體侵染細菌實驗 14
2.2 DNA的分子結構 15
2.2.1 核酸的基本單位——核苷酸 15
2.2.2 DNA的一級結構 17
2.2.3 DNA的二級結構 18
2.2.4 DNA的高級結構 23
2.3 DNA復制模式—半保留復制 28
2.4 DNA復制過程 31
2.4.1 原核生物DNA復制起始的特點 31
2.4.2 真核生物DNA復制起始的特點 34
2.4.3 原核生物DNA復制延伸的特點 35
2.4.4 真核生物DNA復制延伸的特點 41
2.4.5 原核生物DNA復制終止的特點 41
2.4.6 真核生物DNA復制終止的特點 42
2.5 特殊DNA的復制 44
2.5.1 線性DNA的復制方式 44
2.5.2 環狀DNA的復制方式 45
2.6 DNA損傷與修復 48
2.6.1 錯配修復 48
2.6.2 切除修復 49
2.6.3 直接修復 51
2.6.4 重組修復 52
2.6.5 SOS修復 53
第3章 基因的轉錄與翻譯 55
3.1 轉錄的基本概念與特點 56
3.2 RNA聚合酶與啟動子 59
3.2.1 RNA聚合酶 59
3.2.2 啟動子 61
3.3 轉錄的基本過程 64
3.3.1 轉錄起始 65
3.3.2 轉錄延伸 65
3.3.3 轉錄終止 65
3.4 轉錄后修飾與加工 66
3.4.1 原核生物的轉錄后加工 66
3.4.2 真核生物的轉錄后加工 67
3.5 翻譯的基本概念與特點 69
3.5.1 mRNA的結構與功能 69
3.5.2 原核生物和真核生物mRNA 5′端特有序列結構 70
3.5.3 原核生物和真核生物mRNA 3′端特有序列結構 72
3.5.4 原核生物的多順反子mRNA 72
3.6 遺傳密碼與tRNA 73
3.6.1 三聯體密碼的破譯 73
3.6.2 三聯體密碼的性質 75
3.6.3 tRNA的結構與功能 79
3.7 翻譯的基本過程 82
3.7.1 rRNA和核糖體的結構與功能 82
3.7.2 多肽鏈的合成 85
3.8 翻譯運轉及翻譯后修飾 88
3.8.1 翻譯后運轉機制 89
3.8.2 翻譯運轉同步機制 92
3.8.3 翻譯后加工 94
3.8.4 蛋白質的降解 96
第4章 基因的表達調控與表觀遺傳修飾 99
4.1 基因的表達調控模式與特點 99
4.2 原核生物基因的表達調控 101
4.2.1 操縱子模式 101
4.2.2 原核生物基因表達的其他調控方式 105
4.3 真核生物基因的表達調控 107
4.3.1 真核生物與原核生物基因表達調控的差別 107
4.3.2 真核生物DNA水平的調控 108
4.3.3 真核生物染色質水平的調控 110
4.3.4 表觀遺傳修飾 113
4.3.5 真核生物基因表達的轉錄與轉錄后水平的調控 116
4.3.6 真核生物基因表達的翻譯與翻譯后水平的調控 120
第5章 分子生物學基本技術與原理 124
5.1 核酸基本操作技術和基因擴增 124
5.1.1 核酸的制備 124
5.1.2 核酸的檢測和分析 126
5.1.3 目的基因的獲得 129
5.2 重組DNA技術和轉基因 133
5.2.1 工具酶 134
5.2.2 載體 135
5.2.3 重組DNA分子的構建 136
5.2.4 重組DNA分子的轉化 138
5.2.5 重組DNA分子的篩選和鑒定 140
5.2.6 重組DNA分子的誘導表達 142
5.3 核酸與蛋白質互作技術 142
5.3.1 凝膠阻滯分析 142
5.3.2 DNA酶足跡法 143
5.3.3 酵母單雜交系統 144
5.3.4 熒光素酶報告系統 144
5.3.5 染色質免疫沉淀技術 146
5.3.6 RNA結合蛋白免疫沉淀技術 146
5.3.7 RNA/DNA pull down技術 147
5.4 蛋白質與蛋白質互作技術 147
5.4.1 蛋白質的提取和分離 148
5.4.2 蛋白質的分析 151
5.4.3 表面等離子體共振技術 154
5.4.4 酵母雙雜交系統 154
5.4.5 免疫共沉淀技術 155
5.4.6 熒光共振能量轉移 156
5.4.7 細胞定位及染色技術 156
5.4.8 噬菌體展示技術 157
5.5 基因功能研究技術 158
5.5.1 基因定點突變技術 158
5.5.2 RNA干擾技術 160
5.5.3 基因敲除技術 161
5.5.4 基因編輯技術 164
5.6 測序與基因組學 167
5.6.1 高通量測序技術原理 167
5.6.2 基因組測序與組裝 170
5.6.3 轉錄組學 172
5.6.4 人類基因組計劃 176
第6章 分子生物學與人類健康 179
6.1 基因診斷與DNA指紋 179
6.1.1 基因診斷 179
6.1.2 DNA指紋 180
6.2 基因治療 181
6.3 生物醫藥 182
6.4 分子腫瘤學 185
6.4.1 原癌基因—細胞轉化基因 186
6.4.2 抑癌基因 187
主要參考文獻 189
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分子生物學(新形態教材) 節選
第1章分子生物學的前世今生 基因的特性，染色體在有絲分裂和減數分裂過程中的行為，以及DNA的化學組成等三方面的研究，*終表明DNA是生物的遺傳物質：染色體是單個DNA分子，基因是一段特殊的DNA序列。 當埃弗里（O.T.Avery）和他的同事表明轉化因子就是DNA分子時，證明了DNA是遺傳物質。格里菲思（F.Griffith）*早發現了鏈球菌在小鼠體內的轉化現象。而赫爾希（A.Hershey）與蔡斯（M.Chase）證明了進入細菌細胞的是噬菌體T2的DNA分子。利用分析突變的方法，比德爾（G.W.Beadle）與塔特姆（E.L.Tatum）首次證明了基因與酶（蛋白質）催化的代謝途徑存在關聯。1953年，很多證據強烈支持DNA是遺傳物質。例如，富蘭克林（R.Franklin）的X射線衍射照片，以及沃森（J.D.Watson）和克里克（F.H.C.Crick）提出的DNA結構的雙螺旋模型。 分子生物學中的中心法則（centraldogma）概括了細胞中遺傳信息的傳遞和流動，簡而言之，即DNA合成RNA，RNA編碼蛋白質。但在某些情況下，遺傳信息可從RNA傳遞回DNA，許多基因合成的RNA分子不起信使RNA（messengerRNA）分子的作用。 達爾文的自然選擇（natural selection）進化理論意味著所有生物都由共同的祖先演化而來。當某些性狀隱含的遺傳變異（genetic variation）導致繁育成功率提高時，正選擇（positive selection）作用就會發生。由于個體產生許多具有相同性狀的后代，這個性狀在種群中出現的頻率就會增加，進而導致進化（evolution）的產生。在分子水平上，主要的選擇作用方式是凈化選擇（purifying selection）或負選擇（negative selection），這種選擇作用將會消除有害突變，同時允許隨機固定中性突變（neutral mutation）。 1.1 什么是分子生物學 1.1.1分子生物學的概念 19世紀，由于生物化學、遺傳學、細胞生物學、生物物理學、有機化學、物理化學等相關學科的相互滲透、相互促進，生物學研究進入細胞水平。20世紀后半葉，生物學的研究對象逐漸轉移到生物大分子，分子生物學（molecular biology）開始崛起。雖然這門學科僅有近70年的歷史，但其發展十分迅速，成為生命科學中的新興學科、領先學科。分子生物學是人類從分子水平真正揭開生物世界的奧秘，由被動適應自然轉向主動改造自然的基礎學科；分子生物學以生物大分子為研究對象，已成為現代生物學領域*具活力的學科之一。 什么是分子生物學？從廣義角度，分子生物學是指在分子水平上研究生命現象。從狹義的角度，分子生物學是指研究DNA的分子結構、編碼信息及基因表達的生物化學基礎和調控機制的學科。 但不論廣義定義還是狹義定義，都不能很好地概括分子生物學的內涵。因為DNA分子涉及的研究范圍較廣。1995年，在辛普森（O.J.Simpson）謀殺案中，DNA指紋的使用使得全球學者開始重新評判分子生物學的內涵。兩年之后，克隆羊多莉（Dolly）的誕生，轟動了世界。2001年，科學家宣告人類基因組序列（human genome sequence）的草稿完成。在評論這一里程碑式的成就時，美國前總統克林頓（B.Clinton）將“生命之書的解碼”比作醫學版的月球著陸。從此，社會各界，尤其是科學家、科幻作家等，對DNA的關注度越來越高。因而，20世紀90年代可看作社會公眾對分子生物學認識的開始。然而，對分子生物學真正的認識開始于半個世紀前，當Watson和Crick提出脫氧核糖核酸（DNA）的結構時（表1-1）。這一發現過程充滿故事性，1868年，瑞士醫生米舍（F.Miescher）從沾染繃帶的膿中分離出了白細胞，在白細胞的細胞核中發現了一種能在弱酸性溶液中析出而在弱堿性溶液中溶解的白色絲狀物質，并將其命名為核蛋白或核素（nuclein）。這種核素物質后來被證明是普遍存在于生物中的遺傳物質，即現在人們熟知的DNA分子。1953年，沃森和克里克闡明了它的結構為雙螺旋結構。 現在普遍認為，分子生物學是在分子水平上研究生命現象的科學，通過研究生物大分子（核酸、蛋白質）的結構、功能和生物合成等方面來闡明各種生命現象的本質。 1.1.2 分子生物學的發展 自20世紀50年代以來，分子生物學是現代生物學的前沿和生長點。生物大分子，特別是蛋白質和核酸結構、功能的研究，是分子生物學的基礎。分子生物學產生初始，一方面以化學或物理為主，著重研究生物大分子的結構，尤其是蛋白質的三維結構或構象，另一方面以生物學為主，研究生物信息的傳遞和復制。后來，兩者合并，并與其他學科日益融合，逐漸形成了分子生物學。 1912年，英國物理學家布拉格父子（W.H.Bragg和W.L.Bragg）提出布拉格定律（Bragg law），即X射線在晶體上衍射的理論解釋。1913年，W.H.Bragg制成了**臺X射線攝譜儀。他們父子利用這臺儀器測定了金剛石、水晶等幾種簡單晶體的結構，研究出晶體結構分析的方法，并成功測定了蛋白質的結構。 1928年，英國微生物學家格里菲思（F.Griffith）利用肺炎雙球菌感染小白鼠，觀察小白鼠的變化。肺炎雙球菌有多種株系，其中光滑型（smooth，S型）菌株產生莢膜、有毒，在小鼠體內導致敗血癥并使小鼠患病死亡；粗糙型（rough，R型）菌株不產生莢膜、無毒，在動物體內不導致病害。Griffith將活的、無毒的R型肺炎雙球菌或加熱殺死的有毒的S型肺炎雙球菌注入小白鼠體內，小白鼠不表現出病癥；將活的、有毒的S型肺炎雙球菌或將經加熱殺死的有毒的S型肺炎雙球菌和少量無毒、活的R型肺炎雙球菌混合后分別注射到小白鼠體內，小白鼠患病死亡，并從小白鼠體內分離出活的S型菌。Griffith將這一現象稱為轉化（transform）。S型死菌體內有一種物質能引起R型活菌轉化產生S型菌，這種轉化物質被稱為轉化因子（transforming factor）。但這種轉換因子是什么？Griffith并未做出回答。這就是著名的肺炎雙球菌體內轉化實驗。 1929年，俄國醫生、化學家列文（P.A.Levene）確定了核酸有兩種，一種是脫氧核糖核酸（DNA），另一種是核糖核酸（RNA）。分析出DNA含有4種堿基和磷酸基團，并提出四核苷酸學說（tetranucleotide hypothesis），4個互不相同的核苷酸連接構成四核苷酸，四核苷酸連接組成DNA分子，認為DNA是由等量的各種堿基［腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）］組成的四連環。 1934年，卡斯佩松（T.Caspersson）用過濾的方法得到核酸分子，推測核酸是比蛋白質還要大的大分子。1938年，辛格（R.Singer）和其合作者Caspersson得到了相對分子質量為50萬、分子質量為100Da的DNA分子，從而排除了DNA是一個小分子的觀點。 1941年，比德爾（G.W.Beadle）和塔特姆（E.L.Tatum）提出“一個基因一個酶”假說，首次將蛋白質與基因聯系在一起，來說明基因和酶之間的精確關系。也就是說，基因決定酶的結構，且一個基因僅決定一個酶的結構，但當時基因的本質并不清楚。 1944年，埃弗里（O.T.Avery）、麥克勞德（C.MacLeod）與麥卡蒂（M.McCarty）通過肺炎雙球菌的體外轉化實驗終于證明了DNA而非蛋白質，才是遺傳信息的物質載體。從加熱殺死的S型肺炎雙球菌中提純了可能作為轉化因子的各種成分，并在離體條件下進行了轉化實驗。只有S型細菌的DNA分子才能將R型菌轉化為S型菌，且DNA純度越高，轉化效率也越高。這表明S型菌株轉移給R型菌株的是遺傳因子。 1950年，奧地利裔美國生物化學家夏格夫（E.Chargaff）在測定DNA的分子組成時，發現DNA中4種堿基的含量并不是等量的，幾乎所有類型的DNA，不管是來自哪種生物或組織細胞，其中腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）數量幾乎完全一樣，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）的數量也一樣，即著名的“夏格夫法則”（Chargaff rule），也徹底否定了四核苷酸學說。 同年，米爾斯基（A.Mirsky）、里斯（H.Ris）、旺德雷利（R.Vendrely）和博伊文（A.Boivin）發現不同生物配子細胞的細胞核中DNA數量是體細胞中的一半，平行減少了染色體的數量，這表明DNA很像是生物中的遺傳物質。 1951年，富蘭克林（R.Franklin）發現了DNA的兩種形態，將較長、較細的DNA纖維稱為A型；將較短、較粗的DNA分子稱為B型。 1952年，赫爾希（A.Hershey）和蔡斯（M.Chase）通過噬菌體標記實驗，發現在噬菌體感染細菌細胞過程中，是DNA而非任何蛋白質進入細菌細胞，并且可以從后代病毒顆粒中回收到該種物質。其明確了噬菌體DNA將信息帶入細胞，從而產生與親代噬菌體遺傳性完全一致的子代噬菌體。噬菌體標記實驗證明噬菌體的DNA是決定遺傳性的物質。Franklin與戈斯林（R.Gosling）經過長時間的研究，獲得一張B型DNA晶體的X射線衍射照片，即“照片51號”，被譽為“幾乎是有史以來*美的一張X射線照片”。在醫學研究委員會（Medical Research Council，MRC）任職時，Franklin說明了A型DNA的對稱性，也指出了磷酸根之間的距離及在DNA上的位置。同年11月，化學家保林（L.C.Pauling）認為DNA外側為堿基，內側為磷酸的三股螺旋。 1953年，受Franklin的DNA晶體X射線衍射照片的啟發，英國劍橋大學卡文迪許實驗室的Watson和Crick在英國Nature雜志上發表了一篇劃時代的論文，向世界宣告發現了DNA的雙螺旋結構，從而開啟了現代分子生物學時代。雙螺旋結構顯示出DNA分子在細胞分裂時能夠以自我復制的方式將核苷酸序列中的信息完整地傳遞給子代分子，解釋了生物體要繁衍后代，物種要保持穩定，細胞內必須具有維持遺傳穩定性的機制。DNA雙螺旋結構也為人們提供了對DNA分子進行人工操作的結構基礎，成為20世紀*偉大的科學發現之一，被譽為“分子生物學第二大基石”。 1954年，蓋莫（G.Gamow）根據DNA的4種核苷酸，為20種*常見的氨基酸進行編碼，建立了數學模型，基于氨基酸出現在蛋白質中的頻率進行分類，提出三個核苷酸一組為20個氨基酸編碼的概念，形成了遺傳密碼學說（genetic codon hypothesis）。 1955年，美國分子生物學家本澤（S.Benzer）以噬菌體為材料，在分子水平上研究基因內部的精細結構，提出順反子（cistron）概念。Benzer認為順反子就是基因，把基因具體成一段DNA序列，將基因的概念從摩爾根的“三位一體”發展為“一位一體”。
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