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绪论1

一、分子生物学定义1

二、分子生物学发展简史1

目录1

三、分子生物学与现代医学和药学2

（一）分子生物学理论和技术在发病机制中的应用3

（二）分子生物学技术在疾病诊断中的应用3

（三）分子生物学在疾病治疗中的应用3

（四）重组DNA技术与新药研究3

一、原核生物（细菌）的结构特征和功能4

二、原核生物分子生物学特性4

第一节原核生物和真核生物4

第一章分子生物学系统4

三、真核生物结构特征和功能5

四、真核生物（酵母）的分子生物学特征5

五、原核和真核生物比较6

六、细胞周期7

（一）原核生物7

（二）真核生物7

第二节亚细胞生物9

一、噬菌体9

（一）噬菌体的生物学特性9

（二）噬菌体的结构及其核酸类型10

（三）噬菌体的感染作用10

（二）病毒的生活周期11

（一）病毒结构和化学组成11

（四）烈性噬菌体与温和噬菌体11

二、病毒11

（三）病毒的分类12

（四）病毒在分子生物学中的应用12

第二章核酸13

第一节 核酸的化学组成及其结构13

一、核酸的种类和分布13

二、核酸的化学组成13

三、核酸的结构14

（一）核酸的一级结构14

（二）DNA的二级结构16

（三）DNA的高级结构19

四、RNA结构22

（一）tRNA22

（二）mRNA24

（三）rRNA25

第二节 核酸的功能25

一、中心法则25

二、DNA功能26

三、hnRNA和mRNA功能27

四、tRNA功能28

五、rRNA功能30

（四）5.8S rRNA32

（三）23S rRNA32

（一）5S rRNA32

（二）16S rRNA32

（五）18S rRNA33

六、snRNA、ScRNA功能33

第三节 核酸变性、复性和杂交33

一、核酸的变性33

二、核酸的复性、Cot曲线36

三、核酸的杂交38

第四节病毒核酸39

一、病毒的基本概念39

二、病毒核酸的一般特征40

三、DNA病毒的核酸结构41

四、RNA病毒的核酸结构42

第三章染色体和基因44

第一节染色质和染色体44

一、染色质和染色体形态44

（一）染色质44

（二）染色体46

二、染色质和染色体化学成分48

（一）脱氧核糖核酸48

（二）组蛋白49

（三）非组蛋白49

三、染色质和染色体功能50

（五）酶50

（四）RNA50

（一）组蛋白和非组蛋白的磷酸化51

（二）染色体在遗传中的作用53

（三）组蛋白与非组蛋白的转录调控54

第二节基因概念55

一、基因生物学定义55

二、基因的分子生物学定义56

三、基因功能57

（一）转录57

（二）翻译—蛋白质的合成58

第三节原核生物基因特征58

一、基因不连续性59

第四节真核生物基因特征59

二、基因家族60

（一）基因家族60

（二）超基因家族61

三、重复基因结构62

（一）中度重复基因序列62

（二）高度重复基因序列63

四、细胞器基因65

第五节 亚细胞结构基因特征66

第六节人类基因组67

第一节 质粒69

一、质粒遗传学类型69

第四章染色体外遗传因子69

二、质粒DNA特性70

（一）质粒的复制70

（二）质粒的不相容性70

（三）质粒的转移性71

（四）质粒中的选择性标记72

三、特殊细菌质粒73

（一）F质粒—性质粒73

（二）R质粒—抗药性质粒73

（三）Col质粒—大肠杆菌质粒73

四、真核生物中的质粒75

一、转座子分类和结构特征76

第二节转座子76

二、转座子作用78

（一）转座子引起的靶序列的复制78

（二）转座子引起的染色体畸变79

三、转座子机制80

（一）转座中复制子融合形成共合体80

（二）转座子的复制过程80

（三）转座作用模型（Ⅰ）80

（四）转座作用模型（Ⅱ）81

四、真核生物中的转座子82

（二）还原病毒与转座子84

（三）非病毒返座子84

（一）酵母菌的Ty成分84

第五章DNA的复制、突变、损伤修复和重组85

第一节 DNA复制机制85

一、DNA半保留复制85

二、复制的起始点和方向87

三、原核生物DNA的复制88

（一）DNA复制的起始88

（二）前导链和后随链的同步合成88

四、真核生物DNA的复制91

（一）DNA聚合酶91

（二）真核生物DNA复制模型92

（三）复制过程中核小体的装配94

五、拓扑异构酶在DNA复制中的作用96

（四）端粒酶和DNA末端的复制96

六、噬菌体、病毒、质粒及线粒体核酸的复制98

（一）单链环状DNA的复制98

（二）线形DNA末端的复制98

（三）质粒DNA的复制99

（四）哺乳动物线粒体DNA的复制100

第二节突变101

一、突变的类型101

二、突变的自然发生102

三、诱变104

四、基因的离体定向诱变105

五、体内基因的定点破坏105

六、突变体的分离109

七、突变的分析110

第三节 DNA损伤修复系统113

一、修复DNA复制时发生的错配113

二、核酸切除修复系统114

三、碱基切除修复系统114

第四节遗传重组116

一、同源重组116

（一）同源重组模型116

（二）同源重组的起始118

（三）链侵入119

（四）分支迁移120

（六）基因转换122

（五）Holliday中间体的拆分122

二、位点特异性重组124

（一）λ噬菌体DNA的整合与切离124

（二）VDJ重组124

第六章转录、转录后加工及逆转录129

第一节转录的基本特征129

第二节 DNA指导下的RNA聚合酶130

一、原核生物RNA聚合酶130

二、真核生物RNA聚合酶132

第三节 与转录起始和终止有关的DNA结构133

一、原核生物启动子和终止子133

（一）启动子结构134

（二）终止子结构139

二、真核生物启动子140

（一）RNA聚合酶Ⅰ的启动子140

（二）RNA聚合酶Ⅱ的启动子141

（三）RNA聚合酶Ⅲ的启动子143

三、原核生物和真核生物转录起始位点的结构差异144

第四节 原核生物和真核生物转录及其抑制剂145

一、转录的起始145

二、转录的延长146

三、转录的终止和新合成RNA链的释放147

（一）依赖于ρ因子的终止147

四、真核生物的转录148

（三）抗终止148

（二）不依赖于ρ因子的终止148

五、RNA生物合成抑制剂149

（一）嘌呤和嘧啶类似物149

（二）DNA模板功能的抑制剂150

（三）RNA聚合酶的抑制剂151

第五节 转录后加工过程及其机制153

一、mRNA生成154

（一）5端加帽154

（二）3末端的产生和多聚腺苷酸化156

（三）mRNA的甲基化157

二、rRNA生成157

三、tRNA生成159

四、RNA的剪接161

（一）第Ⅰ类内含子和第Ⅱ类内含子的剪接特征162

（二）rRNA的剪接163

（三）RNA的催化功能164

（四）tRNA的剪接166

（五）mRNA的剪接167

第六节逆转录168

一、逆转录酶168

二、逆转录过程171

三、逆转录的生物学意义172

第七节反义核酸173

一、反义核酸概述173

（一）反义DNA175

二、反义技术175

（二）反义RNA176

（三）Ribozyme176

三、反义技术的意义177

第七章蛋白质生物合成——翻译181

第一节遗传密码181

一、破译遗传密码181

二、遗传密码的性质183

第二节 蛋白质的生物合成184

一、原核生物和真核生物mRNA的特点184

二、核糖体185

（一）肽链合成的起始187

三、蛋白质合成187

（二）肽链的延伸189

（三）肽链合成的终止和释放190

第三节 蛋白质转运机制190

一、蛋白质转运190

二、蛋白质的跨膜192

第四节蛋白质合成后的修饰加工195

一、二硫键的形成195

二、蛋白质的糖基化196

三、蛋白质前体的加工199

（二）乳糖操纵子正调控和负调控201

（一）乳糖操纵子结构201

一、乳糖操纵子201

第一节 原核生物基因表达调控201

第八章基因表达调控201

二、色氨酸操纵子202

三、转录水平的调控205

（一）转录起始的调控205

（二）转录终止的调控209

四、翻译水平的调控210

（一）mRNA自身的二级结构的形成210

（二）mRNA的降解211

（三）蛋白质合成的调控211

（一）真核生物的基因结构功能特点214

一、真核基因表达调控的特点214

第二节 真核生物基因表达调控214

（二）基因表达调控的信号215

二、转录水平的调控216

（一）真核生物基因表达调控模型216

（二）参与基因调控的顺式作用元件217

（三）参与基因调控的反式作用因子218

三、翻译水平的调控219

（一）mRNA的稳定性219

（二）mRNA翻译起始的调控220

（三）蛋白质合成的自体调控220

（四）可溶性蛋白质因子的修饰220

第三节λ噬菌体基因表达调控220

一、λ噬菌体的调控区221

二、λ噬菌体的操纵基因和启动子的结构222

三、CI蛋白和Cro蛋白225

（一）CI蛋白的结构和功能225

（二）Cro蛋白的结构和功能226

（三）CI蛋白和Cro蛋白对转录的调控226

第九章基因工程及其在医药工业中的应用230

第一节 基因工程相关的酶学231

一、核酸限制性内切酶与DNA分子体外切割232

（一）宿主控制的限制与修饰现象232

（二）核酸内切酶的命名与类型233

（三）Ⅱ型限制性核酸内切酶的基本特性234

（三）T4DNA连接酶237

（二）大肠杆菌DNA连接酶237

二、DNA连接酶237

（一）DNA连接酶的连接作用分子机制237

三、聚合酶238

（一）大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ239

（二）Klenow聚合酶239

（三）T4噬菌体DNA多聚酶239

（四）经修饰的T7噬菌体DNA聚合酶（测序酶）240

（五）Taq DNA聚合酶240

（六）逆转录酶240

（三）碱性磷酸酶与DNA脱磷酸作用241

（一）核酸酶S1与RNA的分子定位241

五、核酸酶241

（二）T4多核苷酸激酶与DNA分子5′末端标记241

（一）末端脱氧核苷酸转移酶与同聚物加尾241

四、DNA和RNA的修饰酶241

（二）Ba131核酸酶与确定限制位点242

（三）外切核酸酶Ⅲ242

（四）脱氧核糖核酸酶Ⅰ242

（五）核糖核酸酶A243

（六）核糖核酸酶T1243

第二节基因工程的载体243

一、大肠杆菌载体243

（一）质粒243

（二）λ噬菌体载体250

（一）哺乳动物细胞载体254

二、真核细胞载体254

（二）酵母载体255

第三节制备目的基因和常用分离方法257

一、人工合成258

（一）DNA的化学合成过程258

（二）化学合成寡聚核苷酸连接成完整的基因的方法259

（三）化学合成寡聚核苷酸的应用259

（四）采用化学酶促相结合的办法260

（五）人工合成基因的基本程序260

（六）人工合成基因的局限性260

（二）鸟枪法克隆基因261

（三）真核生物基因文库的建立261

二、基因文库构建（限制性内切酶法）261

（一）原核生物目的基因的直接分离261

三、cDNA文库构建（逆转录法）262

（一）总RNA提取及mRNA制备263

（二）cDNA文库第一链的合成263

（三）cDNA文库第二链的合成263

（四）cDNA片段与载体连接264

（五）cDNA文库的优越性264

（六）cDNA文库局限性264

四、PCR法264

（一）基本原理265

（二）PCR反应控制要点266

（三）PCR的应用267

（四）PCR分类268

第四节 载体DNA与目的基因的连接268

一、DNA分子间连接策略269

（一）粘性末端DNA片段连接269

（二）平末端DNA片段连接270

（三）粘平末端DNA片段间连接274

第五节重组分子引入受体细胞275

（四）其他因素275

（三）连接温度与时间275

（二）目的基因载体DNA浓度和比例275

（一）DNA片段间的连接方式275

二、影响目的基因与载体之间连接效率的因素275

一、重组DNA导入大肠杆菌277

（一）氯化钙转化法277

（二）转染法277

二、抗生素生物合成基因引入链霉菌载体宿主系统279

（一）原生质体转化280

（二）电穿孔转化280

三、酵母菌转化280

（一）完整细胞的转化法280

（一）显微注射法281

（二）DNA-磷酸钙转染法281

四、重组DNA导入哺乳动物细胞281

（二）原生质体转化法281

（三）DEAE葡聚糖转染法282

（四）阳性脂质体及其介导的基因转染282

（五）电穿孔法282

（六）细胞融合法283

（七）病毒感染法283

第六节 重组体的鉴定和分析283

一、生物学方法283

（一）表型筛选法283

（二）DNA印迹分析284

（一）菌落原位杂交284

二、核酸分子杂交法284

（三）遗传互补284

（二）噬菌斑形成筛选法284

（三）RNA印迹分析285

（四）斑点印迹杂交和狭线印迹杂交285

三、免疫分析筛选285

四、限制性内切酶图谱的鉴定287

五、双脱氧终止法测序287

第七节 克隆基因的表达287

一、真核基因在原核细胞中表达的特点288

二、影响外源基因在大肠杆菌中高效表达的因素288

（一）从DNA水平考虑288

（二）影响转录水平的因素288

（三）影响翻译水平的因素289

（五）其他因素290

三、真核基因在大肠杆菌中的表达类型290

（一）融合蛋白的表达290

（四）影响蛋白质水平的因素290

（二）非融合蛋白的表达291

（三）蛋白分泌型表达292

第八节 真核基因在大肠杆菌中表达产物的分离纯化和鉴定293

一、外源基因在原核生物或真核生物中分泌方式293

（一）表达产物分泌到细胞外环境中293

（二）表达产物分泌到周质空间293

（三）表达产物分泌到细胞质中293

（四）选择合适的分离纯化材料295

三、真核基因在大肠杆菌中表达产物检测与鉴定295

（五）分离纯化过程的规模295

（一）针对不同产物表达形式采取不同纯化策略295

（三）多种分离纯化技术应用295

（二）针对不同性质的蛋白质选用不同层析类型295

二、表达蛋白纯化方法所选择的基本策略295

第九节 重组原核微生物生产药物296

一、生产小分子药物296

（一）重组合成维生素C296

（二）重组合成生产抗生素297

二、生产蛋白类药物299

（一）胰岛素300

（二）人生长激素301