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1 绪论1

1.1 引言1

1.1.1 创世说与进化论1

1.1.2 细胞学说2

1.1.3 经典的生物化学和遗传学4

1.1.4 DNA的发现6

1.2 分子生物学简史8

1.3 分子生物学的研究内容10

1.3.1 DNA重组技术(又称基因工程)11

1.3.2 基因表达调控研究12

1.3.3 生物大分子的结构功能研究(又称结构分子生物学)13

1.4 分子生物学展望14

2 染色体与DNA17

2.1 染色体17

2.1.1 染色体概述17

2.1.2 真核细胞染色体的组成19

2.1.3 原核生物基因组26

2.2 DNA的结构28

2.2.1 DNA的一级结构28

2.2.2 DNA的二级结构29

2.2.3 DNA的高级结构34

2.3 DNA的复制35

2.3.1 DNA的半保留复制机理35

2.3.2 复制的起点、方向和速度36

2.3.3 复制的几种主要方式38

2.4 原核和真核生物DNA的复制特点39

2.4.1 原核生物DNA的复制特点39

2.4.2 真核生物DNA的复制特点42

2.4.3 DNA复制的调控43

2.5 DNA的转座50

2.5.1 转座子的分类和结构特征50

2.5.2 转座作用的机制52

2.5.3 转座作用的遗体学效应52

2.5.4 真核生物中的转座子54

2.5.5 转座子Tn10的调控机制59

3 从DNA到蛋白质61

3.1 遗传密码--三联子62

3.1.1 三联子密码及其破译62

3.1.2 遗传密码的性质64

3.2 tRNA67

3.2.1 tRNA的高级结构69

3.2.2 tRNA的功能70

3.2.3 tRNA的种类72

3.2.4 AA-tRNA合成酶73

3.3 核糖体74

3.3.1 核糖体的结构75

3.3.2 rRNA77

3.3.3 核糖体的功能78

3.3.4 与蛋白质合成有关的因子79

3.4 信使核糖核酸81

3.4.1 原核生物mRNA的特征81

3.4.2 真核生物mRNA的特征85

3.4.3 RNA聚合酶88

3.4.4 终止和抗终止91

3.5 蛋白质合成的生物学机制94

3.5.1 氨基酸活化和肽链的起始94

3.5.2 肽链的延伸和终止98

3.5.3 蛋白质前体的加工99

3.5.4 蛋白质内含子与蛋白质剪接101

3.5.5 蛋白质合成抑制剂103

3.5.6 RNA分子在生物进化中的地位104

3.6 蛋白质转运机制104

3.6.1 翻译-转运同步机制106

3.6.2 翻译后的转运机制109

3.6.3 蛋白质跨膜转运的分子机制113

4 原核基因表达调控117

4.1 原核基因调控总论118

4.1.1 转录调节的类型119

4.1.2 启动子与转录起始122

4.1.3 RNA聚合酶与启动子的相互作用125

4.1.4 环腺苷酸受体蛋白对转录的调控128

4.2 乳糖操纵子129

4.2.1 酶的诱导--lac体系受调控的证据130

4.2.2 操纵子模型132

4.2.3 lac操纵子DNA的调控区域--P、O区137

4.2.4 lac操纵子中的其它问题138

4.3 色氨酸操纵子139

4.3.1 trp操纵子的阻遏系统140

4.3.2 弱化子与前导肽141

4.3.3 trp操纵子弱化机制的实验依据144

4.3.4 阻遏作用与弱化作用的协调145

4.4 其他操纵子146

4.4.1 半乳糖操纵子146

4.4.2 阿拉伯糖操纵子150

4.4.3 组氨酸操纵子154

4.4.4 recA操纵子156

4.4.5 多启动子调控的操纵子157

4.5 λ噬菌体基因表达调控158

4.5.1 λ噬菌体158

4.5.2 λ噬菌体基因组159

4.5.3 溶原化循环和溶菌途径的建立160

4.5.4 λ噬菌体的调控区及λ阻遏物的发现162

4.5.5 CⅠ蛋白和Cro蛋白164

4.6 转录后调控165

4.6.1 稀有密码子对翻译的影响165

4.6.2 重叠基因对翻译的影响165

4.6.3 poly(A)对翻译的影响166

4.6.4 翻译的阻遏167

4.6.5 RNA的高级结构对翻译的影响167

4.6.6 RNA-RNA相互作用对翻译的影响168

4.6.7 魔斑核苷酸水平对翻译的影响168

5 真核生物基因调控原理170

5.1 真核细胞的基因结构171

5.1.1 基因家族(gene family)172

5.1.2 真核基因的断裂结构175

5.1.3 真核生物DNA水平的调控177

5.2 顺式作用元件与基因调控181

5.2.1 Britten-Davidson模型182

5.2.2 染色质结构对转录的影响183

5.2.3 启动子及其对转录的影响185

5.2.4 增强子及其对转录的影响193

5.3 反式作用因子对转录的调控195

5.3.1 CAAT区结合蛋白CTF／NF1196

5.3.2 TATA和GC区结合蛋白198

5.3.3 RNA聚合酶Ⅲ及其下游启动区结合蛋白200

5.3.4 其它转录因子及分子机制204

5.4 激素及其影响210

5.4.1 固醇类激素的作用机理212

5.4.2 多肽激素的作用机理213

5.4.3 激素的受体217

5.5 其他水平上的基因调控218

5.5.1 RNA的加工成熟219

5.5.2 翻译水平的调控224

5.5.3 蛋白质的加工成熟232

6 植物代谢与基因表达236

6.1 植物激素代谢与分子调控236

6.1.1 赤霉素对基因表达的调控236

6.1.2 乙烯与植物基因表达243

6.1.3 脱落酸参与的基因表达248

6.1.4 生长素与基因表达252

6.2 光与植物的基因表达254

6.2.1 叶绿体的功能与组成255

6.2.2 叶绿体基因组256

6.2.3 叶绿体核糖体和蛋白质合成261

6.2.4 光信号对基因表达的调控262

6.2.5 光敏色素与基因调控268

6.3 植物防御系统270

6.3.1 病原微生物对宿主的侵染272

6.3.2 植物与病原的相互关系274

6.3.3 植物次生代谢在抗病反应中的地位276

6.3.4 防御反应的“基因对基因”模式279

6.3.5 防御基因诱导表达调控的机制282

6.4 固氮基因调控285

6.4.1 根瘤的结构286

6.4.2 固氮酶287

6.4.3 与固氮有关的基因及其调控288

6.4.4 寄主植物基因型对共生体系的影响294

6.5 种子贮藏蛋白与基因的组织特异性表达295

6.5.1 贮藏蛋白简介295

6.5.2 玉米醇溶蛋白基因296

6.5.3 β伴大豆球蛋白基因301

6.5.4 水稻种子贮藏蛋白基因303

7 高等动物的基因表达305

7.1 基因表达与DNA甲基化305

7.1.1 DNA的甲基化305

7.1.2 DNA甲基化对基因转录的抑制机理308

7.1.3 DNA甲基化与X染色体失活311

7.1.4 DNA甲基化与转座及细胞癌变的关系314

7.2 蛋白质磷酸化与信号传导315

7.2.1 细胞内蛋白激酶的种类与功能315

7.2.2 信号的传导321

7.3 免疫球蛋白基因326

7.3.1 免疫球蛋白的分子结构326

7.3.2 免疫球蛋白基因结构330

7.3.3 Ig基因重排与DNA的多样性332

7.3.4 免疫球蛋白基因表达336

7.3.5 T细胞抗原受体(TCR)基因表达337

7.4 主要组织相容性复合体的表达调控339

7.4.1 主要组织相容性复合体概述339

7.4.1 MHC的细胞特异性表达及发育调控343

7.5 其他重要系统的基因调控347

7.5.1 一氧化氮对基因表达的影响347

7.5.2 SWI-SNF复合物与转录的起始349

7.5.3 分子伴侣的功能352

7.5.4 同源转换区与同源域蛋白357

7.6 癌症与癌基因活化360

7.6.1 反转录病毒致癌基因360

7.6.2 细胞转化基因364

7.6.3 原癌基因(C-jun、C-fos)及其调控368

7.6.4 癌基因和生长因子的关系370

8 病毒的分子生物学373

8.1 病毒的结构及基因组成373

8.2 单链单组分RNA病毒--烟草花叶病毒374

8.2.1 基因组结构375

8.2.2 TMV侵染和复制376

8.2.3 TMV病毒粒子的组装381

8.3 单链多组分RNA病毒--甜菜坏死黄脉病毒387

8.3.1 病毒的侵染和传播387

8.3.2 病毒基因组结构及编码产物387

8.3.3 基因产物在侵染传播及症状表达方面的作用390

8.3.4 BNYVV不同RNA组分非翻译区对病毒复制和组装的影响392

8.4 双链多给分RNA病毒--水稻矮缩病毒393

8.4.1 水稻矮缩病毒的侵染和复制395

8.4.2 RDV基因组结构及编码蛋白的功能分析397

8.5 双链DNA植物病毒--花椰菜花叶病毒402

8.5.1 病毒基因组结构403

8.5.2 病毒的转录与复制404

8.5.3 编码的蛋白与功能407

8.6 植物病毒在细胞之间的运动410

8.6.1 胞间连丝410

8.6.2 运动蛋白411

8.6.3 植物病毒运动蛋白与胞间连丝的相互作用413

8.6.4 运动蛋白与病毒核酸的相互作用413

8.7 人免疫缺损病毒--HIV414

8.7.1 HIV病毒粒子的形态结构和传染414

8.7.2 HIV基因组及其编码的蛋白416

8.7.3 HIV的复制417

8.7.4 HIVⅠ基因的表达调控419

8.8 乙型肝炎病毒--HBV424

8.8.1 肝炎病毒的分类地位及病毒粒子结构425

8.8.2 乙肝病毒的基因组及其编码的主要蛋白425

8.8.3 HBV的复制429

8.9 SV40病毒430

8.9.1 病毒基因组及其编码的蛋白431

8.9.2 SV40基因的转录调控432

9 植物基因工程435

9.1 植物基因转化435

9.1.1 目的基因的分离和鉴定435

9.1.2 植物表达载体的构建440

9.1.3 植物的遗传转化441

9.1.4 转化植物细胞的筛选及转基因植物的鉴定451

9.2 基因工程与植物虫害防御452

9.2.1 苏云金杆菌δ-内毒素基因的研究进展452

9.2.2 Bt毒蛋白基因的改造及其在农业上的应用454

9.2.3 其他抗虫基因在农业上的应用459

9.3 基因工程与植物的雄性不育460

9.3.1 花粉发育的分子机制460

9.3.2 植物雄性不育的形成463

9.3.3 用植物基因工程的方法获得雄性不育株系464

9.3.4 雄性不育的保持与恢复465

10 基因工程产业化的现状与展望467

10.1 生物技术与生物治疗468

10.1.1 对多种病毒病有疗效的干扰素468

10.1.2 白细胞介素在医学上的应用469

10.1.3 基因治疗471

10.1.4 我国基因工程新药主要研究进展472

10.2 植物基因工程与绿色革命473

10.2.1 利用转基因植物生产药用蛋白474

10.2.2 以病毒为载体在植物中生产药用蛋白475

10.2.3 改进植物品质及逆境适应性475

10.2.4 抗除草剂研究478

参考书目480