環(huán)境分子生物學教程

前言

　　環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)條件的綜合體，包括自然環(huán)境和社會環(huán)境。自然環(huán)境是直接或間接影響到人類的一切自然形成的物質(zhì)及其能量的總體。在我們生存的自然環(huán)境中生活著各種各樣的微生物，這些環(huán)境微生物在自然界的物質(zhì)循環(huán)中起著關鍵的作用。它們通過對環(huán)境中各種有機物質(zhì)、無機物質(zhì)的分解利用，完成了自身生長繁衍與進化的任務，同時降解了人類活動所產(chǎn)生的廢棄物和有機污染物，維持了自然生態(tài)系統(tǒng)的相對平衡，保護了人類的居住環(huán)境?！　‰S著工業(yè)、交通和城市建設的飛速發(fā)展，人類的生存環(huán)境發(fā)生了巨大變化，一方面創(chuàng)造了前所未有的物質(zhì)文明，另一方面產(chǎn)生了日益尖銳的環(huán)境問題。環(huán)境科學越來越被人們所重視。環(huán)境分子生物學作為環(huán)境科學與分子生物學的交叉學科，是從分子水平對自然環(huán)境的生物因素，特別是環(huán)境微生物進行研究。通過研究我們可以了解環(huán)境中的微生物種類、微生物之間的關系以及微生物與生境的相互作用，從而對環(huán)境做出評價，預測環(huán)境的變化趨勢。此外還可以通過對環(huán)境微生物的研究發(fā)現(xiàn)對人類有價值的新的基因資源，開發(fā)其潛在的應用價值?！　…h(huán)境分子生物學是一門新興的學科，為了讓學生及有關讀者能循序漸進地了解環(huán)境微生物研究技術，我們綜合了分子生物學、環(huán)境微生物學及相關教材和專著，結(jié)合編者的科學研究和教學實踐，在廣泛查閱國內(nèi)外有關資料的基礎上編寫了本書。

內(nèi)容概要

　　《環(huán)境分子生物學教程》分為上下兩篇，上篇為分子生物學基礎，包括核酸的組成與結(jié)構(gòu)、基因與基因組、DNA復制、基因的轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)的生物合成和基因表達調(diào)控等六章。下篇為環(huán)境微生物研究技術，包括基因克隆與DNA分析、測序與誘變、基因轉(zhuǎn)移、環(huán)境微生物的分子分類、環(huán)境微生物多樣性分析、環(huán)境微生物基因組和蛋白質(zhì)組分析及環(huán)境微生物群落結(jié)構(gòu)和動態(tài)研究等七章。　　《環(huán)境分子生物學教程》適合作為環(huán)境科學、環(huán)境工程等相關專業(yè)的本科教學用書，也可作為環(huán)境保護和環(huán)境監(jiān)測等相關工作人員的參考材料。

書籍目錄

上篇 分子生物學基礎1 核酸的組成與結(jié)構(gòu)1.1 核酸的種類及組成1.2 DNA的結(jié)構(gòu)1.3 RNA種類及結(jié)構(gòu)1.4 核酸的紫外光吸收特性2 基因與基因組2.1 概述2.2 原核生物基因與基因組2.3 噬菌體與病毒基因組2.4 真核生物基因與基因組3 DNA復制3.1 DNA復制體系3.2 DNA復制特點3.3 原核生物DNA復制3.4 真核生物DNA復制3.5 DNA復制修復4 基因的轉(zhuǎn)錄4.1 基因轉(zhuǎn)錄的理論基礎4.2 轉(zhuǎn)錄過程4.3 初始轉(zhuǎn)錄本的加工與轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)5 蛋白質(zhì)的生物合成5.1 遺傳密碼5.2 核糖體5.3 與蛋白質(zhì)合成有關的輔助因子5.4 蛋白質(zhì)的合成過程5.5 蛋白質(zhì)修飾6 基因表達調(diào)控6.1 原核生物基因表達調(diào)控6.2 真核生物基因表達調(diào)控下篇 環(huán)境微生物研究技木7 基因克隆與DNA分析7.1 基因克隆7.2 DNA分析及其應用8 測序與誘變8.1 測序8.2 誘變9 基因轉(zhuǎn)移9.1 基因自然轉(zhuǎn)移9.2 基因自然轉(zhuǎn)移的類型9.3 細菌的自然基因轉(zhuǎn)移9.4 細菌與真核生物間自然基因轉(zhuǎn)移9.5 真核生物細胞問的自然基因轉(zhuǎn)移9.6 人為的基因轉(zhuǎn)移——基因工程9.7 生態(tài)與進化安全保障10 環(huán)境微生物的分子分類10.1 微生物的分類系統(tǒng)10.2 DNA組成分析10.3 DNA-DNA分子雜交技術10.4 16S rRNA序列分析技術10.5 rDNA轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)序列分析技術10.6 分子系統(tǒng)發(fā)育進化樹的構(gòu)建11 環(huán)境微生物多樣性分析11.1 RFLP在環(huán)境微生物檢測中的應用11.2 隨機擴增多態(tài)性DNA技術及應用11.3 DNA單鏈構(gòu)象多態(tài)（SSCP）技術11.4 擴增的限制性片段長度多態(tài)性（AFLP）技術11.5 環(huán)境微生物多樣性分析的其他分子標記技術12 環(huán)境微生物基因組和蛋白質(zhì)組分析12.1 環(huán)境微生物基因組分析12.2 嗜鹽古細菌sp.NRC-1基因組概述12.3 嗜熱自養(yǎng)甲烷桿菌δH菌株基因組概述12.4 詹氏甲烷球菌12.5 閃爍古生球菌12.6 環(huán)境群體微生物基因組的比較分析12.7 環(huán)境微生物的大規(guī)模蛋白質(zhì)分離技術12.8 高通量蛋白質(zhì)鑒定技術12.9 環(huán)境微生物蛋白質(zhì)組學13 環(huán)境微生物群落結(jié)構(gòu)和動態(tài)研究13.1 FISH技術的應用13.2 DGGE技術的應用13.3 SSCP分析技術的應用

章節(jié)摘錄

　　DNA超螺旋有兩種形式，即雙鏈閉合環(huán)狀DNA形成的超螺旋和螺線管式超螺旋。盡管線狀DNA和環(huán)狀DNA在體內(nèi)都可形成超螺旋，但由于條件所限，在分離制備DNA分子的過程中，因無法將線性DNA的兩端固定，所得到的DNA內(nèi)部張力已經(jīng)釋放，無法得到天然狀態(tài)的線狀DNA分子的超螺旋結(jié)構(gòu)；環(huán)狀DNA在體外容易保留超螺旋狀態(tài)，所以常用來研究DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的性質(zhì)?！　≌婧松顳NA與組蛋白八聚體形成核小體結(jié)構(gòu)，同樣也存在著負超螺旋，但這種負超螺旋與在溶液中的負超螺旋的存在形式不同，手性也不相同。　　2.DNA拓撲異構(gòu)酶　　細胞內(nèi)DNA的超螺旋狀態(tài)是被精確調(diào)節(jié)的，每個細胞內(nèi)都含有使DNA產(chǎn)生超螺旋的酶類，這些酶被稱為DNA拓撲異構(gòu)酶（DNA topoisomerases）。DNA超螺旋的產(chǎn)生都是DNA拓撲異構(gòu)酶作用的結(jié)果。在原核生物中，負超螺旋主要由DNA旋轉(zhuǎn)酶（DNA gyrase）引入到雙鏈閉合環(huán)狀的DNA分子中，這一過程需要水解ATP提供能量。真核生物中，DNA的負超螺旋主要是由染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)造成的，因為DNA在組蛋白八聚體外面纏繞的方向有利于DNA向松弛的方向轉(zhuǎn)變。在核小體組裝的過程中，也有DNA拓撲異構(gòu)酶的參與?！　NA拓撲異構(gòu)酶有兩大類，I型拓撲異構(gòu)酶和Ⅱ型拓撲異構(gòu)酶。工型拓撲異構(gòu)酶對單鏈DNA的親和力要比雙鏈高得多，這也是它識別負超螺旋DNA的分子基礎，因為負超螺旋DNA常常會有一些單鏈區(qū)，負超螺旋越高，工型拓撲異構(gòu)酶的作用就越快。I型拓撲異構(gòu)酶催化DNA鏈的斷裂和重新連接，每次只作用于一條鏈，催化瞬間的單鏈斷裂，使切口的一端圍繞未切割的鏈旋轉(zhuǎn)一圈，再重新連接切口。這類DNA拓撲異構(gòu)酶每次作用改變DNA分子的拓撲連環(huán)數(shù)為1。它們不需要能量輔因子（ATP或NAD）的存在。Ⅱ型拓撲異構(gòu)酶能同時斷裂并連接雙股DNA鏈，它們通常需要能量輔因子ATP的存在，這類DNA拓撲異構(gòu)酶每次作用改變的DNA分子的拓撲連環(huán)數(shù)為2。Ⅱ型拓撲異構(gòu)酶又分為兩個亞類，一個亞類是DNA旋轉(zhuǎn)酶，主要功能是引入負超螺旋，在DNA復制中起十分重要的作用。另一個亞類是轉(zhuǎn)變超螺旋DNA成為沒有超螺旋的松弛形式。大腸桿菌的拓撲異構(gòu)酶見表1—2。

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