分子生物學

前言

　　分子生物學是研究生物大分子結構和功能的學科，是現(xiàn)代生命科學中發(fā)展極快的分支學科。分子生物學的主要內(nèi)容是在生物大分子結構、性質及其相互作用的層面上，研究基因的結構、功能、表達及其調控的分子機制。20世紀50年代以來，包括形態(tài)分類學和生態(tài)學等宏觀學科在內(nèi)的生命科學的各個領域，都在越來越多地用分子生物學的理論和方法研究一些深層次的問題。因此，對生命科學各個領域（包括農(nóng)學和醫(yī)學）的科學工作者來說，掌握分子生物學的理論體系和研究方法是至關重要的。對生命科學領域的本科生和研究生來說，分子生物學無疑是一門十分重要的課程。　　由于分子生物學的內(nèi)容抽象而復雜，且發(fā)展速度極快，教好分子生物學，或學好分子生物學都是相當困難的。推出一本內(nèi)容充實、條例清楚、重點突出、文字簡明通俗，圖片精美，篇幅適中的教材，使學生能夠比較容易地學到深入扎實的分子生物學理論和技術原理，是本書編者追求的目標?！　【幷吡η笫贡緯邆湎铝刑厣??！　。?）內(nèi)容充實，反映學科新進展。由于分子生物學是一個實驗學科，本書各章均在力求全面深入地講述有關理論的基礎上，介紹相關研究技術的基本原理，且力求反映新理論和新技術。如在深入講述核酸結構和性質的基礎上，順理成章地介紹包括分子雜交和基因芯片在內(nèi)的研究技術;在講述基因結構和功能的基礎上，系統(tǒng)的論述結構基因組學和功能基因組學的研究方法和成就;將基因結構、表達及其調控研究的新進展，焦磷酸測序技術、實時定量PCR、基因的克隆和表達等新技術納入教材。使學生能夠掌握分子生物學的理論體系和技術原理，熟悉學科的發(fā)展動態(tài)，具備從事有關科學工作的基本能力。　?。?）注重培養(yǎng)學生科學思維的能力和敬業(yè)精神。本書各章注重概要介紹一些重大科學發(fā)現(xiàn)的過程，如DNA結構的發(fā)現(xiàn)，遺傳密碼的破譯，基因表達調控的研究方法等，使學生能夠領悟科學思維的方法，和科學工作者不畏勞苦的敬業(yè)精神。　?。?）教師容易教，學生容易學。編者在構建本書的知識框架時，力求做到條例清楚、重點突出、圖片精美，篇幅適中。語言表達力求簡明通俗，層次分明，使采用本教材的教師能夠教得輕松，學生能夠學得容易。

內(nèi)容概要

　　分子生物學專業(yè)的一線教師集體編寫而成，力求反映分子生物學的基礎理論和最新研究趨勢與進展?！　∪珪空乱砸巳雱俚膶а詾殚_端，以本章內(nèi)容的發(fā)展史，理論和實踐方面的意義為切入點來激發(fā)學生的學習興趣，并注意將科學史上一些重要發(fā)現(xiàn)的概況編入教材，以培養(yǎng)學生科學思維的能力和敬業(yè)精神。分12章深入地闡述了主要生物大分子的結構、生物合成及其調控機制，介紹了基因組學、PCR、DNA克隆、克隆基因的表達等研究方法的基本原理和應用。每章后附有小結和思考題，概括本章的主要內(nèi)容，使讀者能抓住復習的重點。　　本書內(nèi)容充實，條理清楚，重點突出，簡明通俗，篇幅適中，可作為各類高等院校生物、農(nóng)林、醫(yī)學等專業(yè)本科生和研究生的教科書，也可作為相關專業(yè)教師和科研人員的參考書。

書籍目錄

1 緒論11.1 分子生物學的概念11.2 分子生物學的研究內(nèi)容11.3 分子生物的發(fā)展和展望21.3.1 分子生物學的興起21.3.2 分子生物學的發(fā)展41.3.3 分子生物學的展望5本章內(nèi)容提要6思考題62 核酸的結構和功能72.1 DNA是主要的遺傳物質72.2 核酸的組成成分82.2.1 戊糖82.2.2 含氮堿基92.2.3 核苷102.2.4 核苷酸102.3 核酸的一級結構132.4 DNA的二級結構132.4.1 DNA雙螺旋結構的實驗依據(jù)142.4.2 DNA雙螺旋結構的要點142.4.3 DNA二級結構的其他類型162.5 DNA的高級結構192.5.1 環(huán)狀DNA的超螺旋結構192.5.2 真核生物染色體的結構202.6 RNA的結構和功能232.6.1 tRNA232.6.2 rRNA242.6.3 mRNA和hnRNA252.6.4 snRNA和snoRNA252.6.5 asRNA和RNAi252.6.6 非編碼RNA的多樣性262.7 核酸的性質272.7.1 一般理化性質272.7.2 紫外吸收性質282.7.3 核酸結構的穩(wěn)定性282.7.4 核酸的變性282.7.5 核酸的復性292.8 核酸的研究方法312.8.1 核酸的提取與沉淀312.8.2 核酸的電泳分離322.８.3 核酸的超速離心322.8.4 核酸的分子雜交332.８.5 DNA芯片技術及應用342.８.6 DNA的化學合成342.9 核酸的序列測定352.9.1 鏈終止法352.9.2 焦磷酸測序技術37本章內(nèi)容提要38思考題403 基因和基因組413.1 基因的概念413.2 基因的類型433.2.1 基因家族和基因簇433.2.2 假基因453.2.3 重疊基因463.2.4 移動基因463.2.5 斷裂基因463.3 基因組513.３.1 基因組的概念513.３.2 病毒的基因組523.3.3 原核生物的基因組553.4 真核生物的基因組573.4.1 真核生物基因組的特點573.4.2 真核生物基因組的重復序列583.4.3 線粒體基因組的結構633.4.4 葉綠體基因組的結構653.5 結構基因組學663.5.1 遺傳圖譜和物理圖譜673.5.2 重疊群的建立673.5.3 高分辨率物理圖譜的制作683.5.4 序列測定693.5.5 基因定位713.6 功能基因組學713.6.1 功能基因組學的概念713.6.2 蛋白質組學723.6.3 生物信息學75本章內(nèi)容提要77思考題794 DNA的生物合成804.1 DNA復制的概況804.1.1 DNA的半保留復制804.1.2 復制的起點和方向814.2 原核生物DNA的復制824.2.1 參與原核生物DNA復制的酶和蛋白質824.2.2 復制的起始884.2.3 DNA鏈的延伸894.2.4 復制的終止914.3 真核生物DNA的復制924.3.1 參與真核生物DNA復制的酶和蛋白質924.3.2 真核生物DNA復制的特點934.3.3 真核生物DNA復制的過程944.3.4 端粒DNA的復制954.3.5 DNA復制與核小體組裝964.4 DNA復制的其他方式974.4.1 滾環(huán)復制974.4.2 取代環(huán)復制974.4.3 線形DNA末端復制的問題984.5 DNA復制的高度忠實性1004.6 逆轉錄作用1004.6.1 逆轉錄病毒的結構1014.6.2 cDNA的合成1034.6.3 原病毒DNA的整合1044.6.4 逆轉錄作用的生物學意義1054.7 原核生物DNA復制的調控1054.7.1 大腸桿菌染色體DNA復制的調控1054.7.2 ColEl質粒DNA復制的調控1064.7.3 R6K質粒DNA復制的調控1064.7.4 單鏈DNA噬菌體復制的調控1074.7.5 λ噬菌體DNA復制的調控1074.8 真核生物DNA復制的調控1074.8.1 SV40病毒DNA復制的調控1084.8.2 腺病毒DNA復制的調控1084.8.3 酵母染色體DNA復制的調控108本章內(nèi)容提要109思考題1115 DNA的損傷與修復1135.1 DNA損傷的產(chǎn)生1135.1.1 DNA分子的自發(fā)性損傷1135.1.2 物理因素引起的DNA損傷1155.1.3 化學因素引起的DNA損傷1165.2 基因的突變1195.2.1 突變的類型1195.2.2 突變的回復和校正1205.2.3 誘變劑和致癌劑的檢測1225.3 DNA損傷的修復1225.3.1 直接修復1225.3.2 切除修復1245.3.3 錯配修復1295.3.4 雙鏈斷裂的修復1305.4 損傷跨越1315.4.1 重組跨越1315.4.2 跨越合成1325.5 DNA修復缺陷與癌癥的關系133本章內(nèi)容提要134思考題1356 DNA重組和克隆1376.1 同源重組1376.1.1 同源重組的分子模型1376.1.2 細菌的基因轉移與重組1396.1.3 細菌同源重組的酶學機制1426.1.4 真核生物的同源重組1436.2 位點特異性重組1456.2.1 位點特異性重組的機制1456.2.2 λ噬菌體DNA的整合與切除1466.2.3 細菌的特異位點重組1476.2.4 免疫球蛋白基因的V(D)J重組1476.3 轉座重組1496.3.1 轉座子的概念1496.3.2 原核生物的轉座子1506.3.3 真核生物的轉座子1526.4 逆轉錄轉座子1556.4.1 逆轉錄轉座子的結構1556.4.2 逆轉錄轉座子的生物學意義1576.5 轉座的分子機制1586.5.1 非復制型轉座1586.5.2 復制型轉座1586.6 聚合酶鏈式反應技術1606.6.1 PCR的基本原理1606.6.2 PCR反應體系的優(yōu)化1616.6.3 PCR技術的擴展1626.7 DNA克隆1636.7.1 用于DNA克隆的工具酶1636.7.2 常用的克隆載體1646.7.3 DNA分子的體外連接1666.7.4 重組子導入受體細胞1676.7.5 重組子的篩選1676.7.6 基因組文庫的構建1696.7.7 cDNA文庫的構建1706.７.8 目的基因的來源1706.8 克隆基因的表達1716.8.1 檢測表達產(chǎn)物的方法1716.８.2 外源基因在原核細胞中的表達1736.８.3 外源基因在真核細胞中的表達1756.9 轉基因植物和轉基因動物1796.9.1 轉基因植物1796.9.2 轉基因動物180本章內(nèi)容提要181思考題1837 RNA的生物合成1857.1 RNA生物合成的概況1857.2 原核生物的轉錄1867.2.1 原核生物的RNA聚合酶1867.2.2 轉錄的起始1887.2.3 RNA鏈的延伸1907.2.4 轉錄的終止1917.3 真核生物的轉錄1937.3.1 真核生物轉錄的特點1937.3.2 真核生物的RNA聚合酶1937.3.3 RNA聚合酶Ⅱ催化的轉錄1947.3.4 RNA聚合酶Ⅰ催化的轉錄1987.3.5 RNA聚合酶Ⅲ催化的轉錄1997.4 轉錄校對2007.5 轉錄過程的選擇性抑制2007.5.1 堿基類似物2017.5.2 DNA模板功能的抑制劑2017.5.3 RNA聚合酶的抑制物2027.6 RNA復制2037.6.1 RNA復制的特點2037.6.2 雙鏈RNA病毒的RNA復制2037.6.3 正鏈RNA病毒的RNA復制2037.6.4 負鏈RNA病毒的RNA復制2047.6.5 無模板的RNA合成205本章內(nèi)容提要205思考題2078 轉錄產(chǎn)物的加工2088.1 原核生物RNA的轉錄后加工2088.1.1 原核生物tRNA前體的加工2088.1.2 原核生物rRNA前體的加工2098.1.3 原核生物mRNA前體的加工2108.2 真核生物tRNA前體的轉錄后加工2118.2.1 真核生物tRNA前體的結構特點2118.2.2 內(nèi)含子的剪接2118.2.3 在3′?端添加?CCA2128.2.4 核苷酸的修飾2128.3 真核生物rRNA前體的轉錄后加工2128.3.1 rRNA基因的結構2128.3.2 rRNA前體的核苷酸修飾2138.3.3 rRNA前體的剪切2148.4 真核生物mRNA前體的加工2158.4.1 形成5′?端帽子結構2158.4.2 形成3′?端的多聚腺苷酸2178.4.3 斷裂基因的拼接2198.5 不同類型內(nèi)含子的比較2228.5.1 Ⅰ型內(nèi)含子2228.5.2 Ⅱ型內(nèi)含子2238.5.3 內(nèi)含子剪接機制的比較2258.6 核酶2258.6.1 核酶的發(fā)現(xiàn)2258.6.2 核酶的類型2268.6.3 核酶的結構226本章內(nèi)容提要227思考題2299 蛋白質的生物合成2309.1 蛋白質生物合成的概述2309.1.1 mRNA是蛋白質合成的模板2309.1.2 tRNA是氨基酸的運載體2329.1.3 核糖體是蛋白質合成的場所2339.1.4 參與蛋白質合成的各種輔因子2359.2 遺傳密碼的破譯2359.2.1 遺傳密碼是三聯(lián)體2369.2.2 用人工合成的多聚核苷酸破譯遺傳密碼2369.2.3 用人工合成的三核苷酸破譯遺傳密碼2379.3 遺傳密碼的特性2389.3.1 遺傳密碼是連續(xù)排列的三聯(lián)體2389.3.2 起始密碼與終止密碼2389.3.3 遺傳密碼的簡并性2399.3.4 遺傳密碼的變偶性2399.3.5 遺傳密碼的通用性2409.3.6 遺傳密碼的防錯系統(tǒng)2419.3.7 可讀框2429.4 氨酰?tRNA的合成2429.4.1 合成氨酰?tRNA的反應2429.4.2 氨酰?tRNA合成酶的特異性2449.5 原核生物的蛋白質合成2459.5.1 原核生物肽鏈合成的起始2459.5.2 原核生物肽鏈合成的延伸2479.5.3 原核生物肽鏈合成的終止2499.6 真核生物的蛋白質合成2509.6.1 真核生物肽鏈合成的起始2509.6.2 真核生物肽鏈合成的延伸2539.6.3 真核生物肽鏈合成的終止2539.7 蛋白質生物合成的抑制劑2549.7.1 原核生物肽鏈合成的抑制劑2549.7.2 真核生物肽鏈合成的抑制劑2549.7.3 作用于原核生物和真核生物的肽鏈合成抑制劑255本章內(nèi)容提要255思考題25610 肽鏈合成后的加工和輸送25710.1 肽鏈合成后的加工25710.1.1 肽鏈的剪接25710.1.2 氨基酸殘基的修飾25810.1.3 多肽鏈的折疊26110.2 肽鏈合成后的定向輸送26410.2.1 共翻譯途徑26510.2.2 翻譯后途徑267本章內(nèi)容提要271思考題27211 原核生物基因表達的調控27311.1 原核生物基因表達調控的概述27311.2 DNA水平的調控27411.2.1 細菌DNA重排對基因表達的影響27411.2.2 σ因子對原核生物轉錄起始的調控27511.3 操縱子對基因表達的調控27611.3.1 操縱子的基本結構27711.3.2 乳糖操縱子27811.3.3 阿拉伯糖操縱子28111.3.4 色氨酸操縱子28211.4 轉錄終止階段的調控28511.4.1 抗終止作用28611.4.2 弱化作用28711.5 翻譯水平的調控28711.5.1 mRNA二級結構對基因表達的調控28811.5.2 mRNA穩(wěn)定性對翻譯的調節(jié)28811.5.3 反義RNA對翻譯的調控28911.5.4 蛋白質合成的自體調控29011.5.5 嚴謹反應與核糖體合成的調控29311.6 核開關和群體感應29411.6.1 核開關29411.6.2 群體感應295本章內(nèi)容提要296思考題29712 真核生物基因表達的調控29812.1 真核生物基因表達調控的特點29812.1.1 原核生物和真核生物基因表達調控的差別29812.1.2 真核生物基因表達調控的層次29912.2 染色體水平的調控30012.2.1 異染色質化對基因活性的影響30012.2.2 組蛋白對基因活性的影響30112.2.3 非組蛋白對基因活性的影響30512.2.4 核基質對基因活性的影響30612.2.5 基因的丟失30712.2.6 基因的擴增30712.3 染色體基因的重排30812.3.1 免疫球蛋白基因的重排30812.3.2 酵母交配型染色體的重排31012.4 DNA水平的調控31012.4.1 DNA的甲基化31012.4.2 DNA甲基化對轉錄活性的影響31112.5 真核生物轉錄水平的調控31312.5.1 順式作用元件31312.5.2 反式作用因子31512.5.3 轉錄調控的作用機制31912.5.4 固醇類激素對基因轉錄的調控32212.6 轉錄后水平的調控32512.6.1 可變剪接32612.6.2 反式剪接32812.6.3 RNA編輯32912.6.4 RNA的轉運33012.7 翻譯水平的調控33112.7.1 mRNA穩(wěn)定性對基因活性的影響33112.7.2 翻譯起始階段的調控33312.7.3 mRNA的選擇性翻譯33512.7.4 RNA干擾導致的基因沉默33612.8 翻譯后調控33712.9 真核生物發(fā)育過程中的基因表達調控33912.9.1 母性基因33912.9.2 分節(jié)基因34012.9.3 同源異型基因340本章內(nèi)容提要342思考題343參考文獻345中文索引346英文縮寫詞索引351

章節(jié)摘錄

　　2.8.1核酸的提取與沉淀　　核酸類化合物都溶于水而不溶于有機溶劑，所以核酸可用水溶液提取，除去雜質后，用有機溶劑沉淀。在細胞內(nèi)，核糖核酸與蛋白質結合成核糖核蛋白（RNP），脫氧核糖核酸與蛋白質結合成脫氧核糖核蛋白（DNP）。在O.14tool／L的氯化鈉溶液中，RNP的溶解度相當大，而DNP的溶解度僅為在水中溶解度的1％。當氯化鈉的濃度達到1mol／L的時候，RNP的溶解度小，而DNP的溶解度比在水中的溶解度大2倍。所以常選用O.14mol／L的氯化鈉溶液提取RNP，選用1mol／L的氯化鈉溶液提取DNP。兩種核蛋自在不同pH條件下溶解度也不相同，RNP在pH2.0～2.5時溶解度最低，而DNP則在pH4.2時溶解度最低?！　『怂岱蛛x純化一般應維持在0～4℃的低溫條件下，以防止核酸的變性和降解。為防止核酸酶引起的水解作用，可加入十二烷基硫酸鈉（SDS）、乙二胺四乙酸（EDTA）、8一羥基喹啉、檸檬酸鈉等抑制核酸酶的活性。2.8.1.1 RNA的提取　　tRNA約占細胞內(nèi)RNA的15％，相對分子質量較小，在細胞破碎以后溶解在水溶液中，離心或過濾除去組織或細胞殘渣，用酸處理調節(jié)到pH5，得到的沉淀即為tRAN粗品。mRNA占細胞RNA的5％左右，很不穩(wěn)定，提取條件要嚴格控制。rRNA約占細胞內(nèi)RNA的80％，一般提取的RNA主要是rRNA。　?。?）稀鹽溶液提取法　用0.14mol／L的氯化鈉溶液反復抽提組織勻漿或細胞裂解液，得到RNP提取液，再進一步去除DNP、蛋白質、多糖等雜質，獲得純化的RNA?！　。?）苯酚水溶液提取法　在組織勻漿或細胞裂解液中加入等體積的90 9／6苯酚水溶液，在一定條件下振蕩一定時間，將RNA與蛋白質分開，離心分層后，DNA和蛋白質處于苯酚層中，而RNA和多糖溶解于水層中。苯酚溶液提取法操作時溫度可控制在2～5℃進行，稱為冷酚法提取。也可控制在60℃左右，稱為熱酚法提取。苯酚溶液提取法不需事先提取RNP，而是直接將RNA與蛋白質和DNA等初步分開，是目前提取RNA的常用方法。必須注意，市售的苯酚往往含有某些重金屬和雜質，可能引起核酸的變性或降解。使用時苯酚一般需要減壓重蒸，或使用市售的水飽和酚。通常多次用苯酚或氯仿處理使蛋白質變性，每次處理后離心取上層水相。用Trizol試劑可以制備高質量的RNA，但Trizol試劑的價格較高。此外也可用表面活性劑，如sDS和二甲基苯磺酸鈉等處理細胞勻漿來提取RNA。mR-NA可用寡聚dT一纖維素親和層析，或偶聯(lián)寡聚dT的磁珠從總RNA中分離?！　∮捎赗NA酶存在廣泛，且十分穩(wěn)定，破碎細胞時要加入胍鹽破壞RNA酶，試劑要用O.1％的DEPC（焦碳酸二乙酯）配制，器皿要高壓滅菌或用O.1％的DEPC處理。2.8.1.2 DNA的提取　　從細胞中提取DNA，一般在細胞破碎后用濃鹽法提取。即用1tool／L的氯化鈉溶液從細胞勻漿中提取DNP，再與含有少量辛醇或戊醇的氯仿一起振蕩除去蛋白質?；蛘呦纫設.14mol／L氯化鈉溶液（也可用O.1tool／L NaCl加上O.05tool／L檸檬酸代替）反復洗滌除去RNP后，再用1mol／L氯化鈉溶液提取DNP，經(jīng)水飽和酚和氯仿戊醇（辛醇）反復處理，除去蛋白質，而得到DNA。

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