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普通分子生物學

包郵 普通分子生物學

作者:王林嵩
出版社:科學出版社出版時間:2022-03-01
開本: 其他 頁數: 280
本類榜單:自然科學銷量榜
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普通分子生物學 版權信息

  • ISBN:9787030334978
  • 條形碼:9787030334978 ; 978-7-03-033497-8
  • 裝幀:一般膠版紙
  • 冊數:暫無
  • 重量:暫無
  • 所屬分類:>

普通分子生物學 內容簡介

本書以中心法則為出發點,以核酸和蛋白質兩類生物大分子為主線,從結構、功能、合成到調控,以調控為主。包含DNA結構和復制,RNA結構和轉錄,蛋白質的生物合成,基因表達的調控以及分子生物學的研究方法等普通分子生物學內容。簡明、易教易學的同時具有前瞻性:并注重實踐。參考文獻分散在相應章節,便于隨時查找。每章有小結和經典思考題。

普通分子生物學 目錄

目錄
前言
第1章緒論 1
1.1分子生物學的概念 1
1.2分子生物學的研究內容 1
1.2.1 復制、轉錄、翻譯和修復 2
1.2.2 基因表達調控 2
1.2.3 DNA重組技術 2
1.2.4 生物大分子的結構功能研究 3
1.2.5 基因組學、蛋白質組學及系統生物學研究 3
1.3分子生物學的發展歷程 4
1.3.1 DNA及其結構的發現 5
1.3.2遺傳密碼的破譯 7
1.3.3 信使RNA的發現 8
1.3.4 操縱子學說 8
1.3.5 中心法則的發展 9
1.3.6 DNA重組技術促進了分子生物學的發展 9
1.3.7 人類基因組計劃的完成 10
1.3.8 蛋白質組學計劃的提出 10
1.3.9 系統生物學的出現 10
1.4分子生物學的現狀與展望 11
1.4.1 滲入生物科學與其他相關學科 11
1.4.2 在農業、醫學等方面的應用 12
1.4.3 基因組學與蛋白質組學研究仍為分子生物學的重大課題 13
1.4.4 系統生物學將是21世紀生物學、農學和醫學的核心驅動力 14
1.5分子生物學學習方法 14
本章小結 15
復習題 15
參考文獻 16
第2章 DNA的結構和復制 17
2.1 DNA的結構 17
2.1.1 DNA的化學組成與結構 17
2.1.2 真核生物DNA的組織 27
2.1.3 基因組與基因組學 30
2.2 DNA的復制 31
2.2.1 DNA復制的化學基礎 31
2.2.2 原核生物DNA的復制 33
2.2.3 真核生物DNA的復制 50
2.2.4 DNA復制的調控 57
2.3 DNA的損傷和修復 58
2.3.1 DNA的損傷類型 58
2.3.2 DNA損傷修復的機制 60
2.3.3 基因的突變 69
2.4 DNA的重組與轉座 71
2.4.1 DNA的重組 71
2.4.2 DNA的轉座 86
本章小結 89
復習題 91
參考文獻 91
第3章 RNA的結構和轉錄 93
3.1 RNA的結構 93
3.1.1 RNA的化學組成與結構 93
3.1.2 RNA的功能和進化地位 95
3.2 RNA的轉錄 101
3.2.1 RNA聚合酶 101
3.2.2 原核生物的轉錄 105
3.2.3 真核生物的轉錄 112
3.3 RNA的轉錄后加工 118
3.3.1 rRNA的后加工 118
3.3.2 tRNA的后加工 122
3.3.3 mRNA的后加工 124
3.4 RNA組學 135
本章小結 137
復習題 139
參考文獻 139
第4章蛋白質的生物合成 14l
4.1 中心法則和遺傳信息流 141
4.1.1 中心法則 141
4.1.2 遺傳密碼的破解 142
4.1.3 密碼子的組成規律 143
4.2多肽鏈合成的基本過程 145
4.2.1 翻譯機制的構成 145
4.2.2 多肽鏈合成的起始 149
4.2.3 多肽鏈合成的延伸 152
4.2.4 多肽鏈合成的終止 154
4.2.5 多肽鏈正確合成機制 156
4.3多肽鏈合成后加工 159
4.3.1 多肽鏈合成后的加工修飾 159
4.3.2 蛋白質的定向運輸 16l
4.3.3 蛋白質的折疊 168
4.3.4 蛋白質組學 170
本章小結 172
復習題 173
參考文獻 174
第5章基因表達的調控 175
5.1原核生物基因表達調控 175
5.1.1 概述 175
5.1.2 乳糖操縱子 178
5.1.3 色氨酸操縱子 184
5.1.4 其他操縱子 187
5.1.5 轉錄后調控 190
5.2真核生物基因表達調控 192
5.2.1 轉錄前調控 193
5.2.2 轉錄調控 198
5.2.3 轉錄后調控 202
5.2.4 翻譯水平的調控 204
5.2.5 翻譯后加工 207
5.2.6 真核生物基因的表達調控舉例——熱休克蛋白 208
本章小結 210
復習題 210
參考文獻 210
第6章分子生物學的研究方法 212
6.1核酸操作基礎技術 212
6.1.1 核酸電泳 212
6.1.2 限制性酶切和DNA分子的連接 213
6.1.3 核酸分子雜交 214
6.1.4 PCR技術 219
6.2蛋白質操作基礎技術 220
6.2.1 蛋白質的分離純化 220
6.2.2 蛋白質的鑒定技術 223
6.2.3 蛋白質高級結構的分析 227
6.2.4蛋白質組學相關技術 229
6.3 DNA克隆 233
6.3.1 目的基因的獲得 233
6.3.2 重組DNA分子的構建 235
6.3.3 載體和目的基因的連接 237
6.3.4 重組DNA分子導入受體細胞 237
6.3.5 含有重組DNA分子的受體細胞的篩選和鑒定 240
6.4基因功能鑒定技術 242
6.4.1 基因功能鑒定的策略 242
6.4.2 轉基因技術 242
6.4.3基因敲除技術 246
6.4.4基因沉默技術 249
6.4.5 外源基因表達的鑒定和分析 252
6.5大分子相互作用的研究技術 253
6.5.1 DNA-蛋白質相互作用分析 253
6.5.2 蛋白質-蛋白質相互作用分析 259
本章小結 265
復習題 265
參考文獻 266
分子生物學大事年表和諾貝爾獎 268
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普通分子生物學 節選

第1章 緒論 分子生物學(molecular biology)是由生物化學、微生物學、遺傳學、生物物理學、細胞生物學、免疫學等學科發展起來的一門研究和闡述生物大分子結構與功能的學科,也是當前生命科學中發展*快的一門學科。廣泛應用于生物、醫藥學、農業等各個方面,已成為解決生命科學難題的領頭學科。近年來,基因組學、蛋白質組學及生物信息學的興起,使得分子生物學當之無愧地成為當今生命科學的熱點和前沿。 1.1 分子生物學的概念 20世紀中期以來,隨著DNA雙螺旋結構的提出和蛋白質空間結構的解析,生命科學研究進入了分子生物學時代。對遺傳信息載體DNA和生命功能的主要體現者蛋白質的研究,成為生命科學的主要內容。分子生物學是以核酸、蛋白質等生物大分子的形態、結構及其在遺傳信息和細胞信息傳遞中的重要性、規律性和相互關系為主要研究內容,由生物化學、生物物理學、遺傳學、微生物學、細胞生物學和免疫學等多種學科經過相互交叉、相互滲透而發展起來的,從分子水平研究生命本質的一門新興學科。 廣義上講的分子生物學是研究核酸、蛋白質等所有生物大分子的形態、結構特征、功能及其重要性、規律性和相互關系的科學,是人類從分子水平上真正揭示坐物世界的奧秘,由被動地適應自然轉向主動地改造和重組自然的基礎學科。從這個角度來看,分子生物學幾乎包括了生物學領域的所有方面。但一些內容,如蛋白質的結構、運動和功能及酶的作用機理和動力學等,隨著其研究的深入已逐步發展成了各自獨立的學科。因此,目前人們通常采用狹義的概念。狹義的分子生物學的研究范疇偏重于核酸(基因)的分子生物學,主要研究DNA的結構、功能、復制、轉錄和表達調控等過程,其中也涉及與這些過程相關的蛋白質(包括酶)的結構、功能。 1.2 分子生物學的研究內容 現代生物學研究發現,一切生物體中的各類有機大分子都是由完全相同的單體(如蛋白質分子中的20多種氨基酸及DNA和RNA中的8種核苷酸)所組成,由此產生了分子生物學的3條基本原理。 (1)構成生物大分子的單體在不同生物中都是相同的; (2)生物體內遺傳信息的表達遵循共同的規則——中心法則; (3)某一特定生物體所擁有的生物大分子單體的排列決定了它的屬性。 分子生物學產生的初始,有兩個主要研究方向:一個方向是以化學或物理學手段為主,著重研究生物大分子的結構,特別是蛋白質的三維結構或構象;另一個方向是以生物學技術為主,研究生物信息的傳遞和復制。盾來,在20世紀50年代初期,兩者匯合并與其他學科領域融合,形成了現代分子生物學。從嚴格意義上講,分子生物學研究的內容難以明確界定。因為分子生物學研究的對象是生物大分子,所以諸如遺傳信息的傳遞,基因的結構、復制、轉錄、翻譯、表達調控和表達產物的生理功能,以及細胞信號的轉導等與生物大分子相關的事件都屬于分子生物學研究的內容。故依據當今世界生物發展的潮流和研究方向,借鑒前人的分類方法,我們將分子生物學的研究內容主要限定在下述5個方面。 1.2.1 復制、轉錄、翻譯和修復 DNA是攜帶遺傳信息的化學實體,是遺傳信息的貯存者。DNA如何在多種酶以及其他相關協助分子的參與下,進行復制、轉錄、翻譯、突變及修復等是該部分的研究重點。 DNA的復制:生物性狀的遺傳是通過DNA自我復制來實現的,而復制方式是半保留復制。因此,DNA的半保留復制機理、復制過程中各種因子的相互作用以及這些作用對復制的影響、復制的方式及特點等是其主要的研究內容。 DNA的轉錄與翻譯:DNA作為能夠自我復制、穩定存在的單位,其生物功能多數是以蛋白質的形式表達出來的,即貯藏在DNA中的生物信息都必須首先被轉錄生成RNA,才能得到表達。而且,它們從非活化的轉錄狀態轉變到可以進衍轉錄的活性狀態要經過一系列的活化過程。那么,生物信息是如何傳遞的?DNA如何轉錄為RNA,RNA與蛋白質又是如何對應的?因此,本部分主要研究轉錄、反轉錄的基本過程及機制,轉座的分子機制,翻譯前的mRNA分子的剪接、加工、編輯和翻譯過程中大分子的相互作用以及翻譯后多肽鏈的修飾與折疊、功能形成,密碼子的破譯及其性質,蛋白質合成的機制等。 DNA的突變與損傷修復:由于DNA在生命過程中有至高無上的地位,DNA復制的準確性及DNA損傷的修復具有特別重要的意義。DNA復制具有高度的忠實性,保證了生物遺傳的穩定性。但DNA復制過程錯綜復雜,正常的細胞活動、細胞與環境的相互作用或特定的化學、物理因素都會引起DNA序列的改變——突變。那么突變發生時,細胞如何及時糾正這些錯誤?生物體靠什么來保證DNA復制的高度忠實性?這些問題都是本部分的研究重點。 1.2.2 基因表達調控 在個體生長發育過程中,生物遺傳信息的表達按一定的時序發生變化,并隨著環境的變化而不斷修正。基因表達可在多層次,如DNA水平、轉錄、轉錄后加工、翻譯和翻譯后加工等水平上進行調節,但*主要的是轉錄水平的調節。原核生物的基因組和染色體結構較為簡蓽,轉錄和翻譯在同一時間和空間內發生,基因表達調控主要發生在轉錄水平。真核生物有細胞核結構,轉錄和翻譯過程在時間和空間上都被分隔開,且在轉錄和翻譯后又有復雜的加工修飾過程,因此基因表達調控可以發生在多種水平上。目前,基因表達調控研究主要表現在信號轉導研究、轉錄因子研究、RNA剪接、非編碼RNA研究等方面。 1.2.3 DNA重組技術 DNA重組技術是20世紀70年代隨著分子生物學的興起而發展起來的一門技術,其目的是將不同的DNA片段按照人們的設計定向連接起來,在特定的受體細胞中與載體同時復制并得到表達,產生影響受體細胞的新的遺傳性狀或獲得目的蛋白。DNA重組技術是核酸化學、蛋白質化學、酶工程、微生物學、遺傳學、細胞學長期深入發展的結晶,而限制性內切核酸酶、DNA連接酶及其他工具酶的發現和應用則是這一技術得以建立的關鍵。DNA重組技術有著廣闊的應用前景:**,用于發酵工業,大量生產某些在正常細胞代謝中產量很低的多肽,如激素、抗生素、酶類及抗體等。例如,在9L細菌培養液中,用大腸桿菌生產人的生長激素釋放抑制因子的產量等于從大約50萬頭羊的腦中提取得到的量。現在人的胰島素、人的生長激素、人的胸腺激素a-l、人的干擾素、牛的生長激素、乙型肝炎病毒抗原和口蹄疫病毒抗原等都可用大腸桿菌發酵生產,其中有的還可在酵母或枯草桿菌中表達,這就為大規模的工業發酵開辟了新的途徑。第二,用于定向改造某些生物的基因組結構,使它們所具備的特殊經濟價值或功能得以成百上千倍的提高。例如,一種含有分解各種石油成分的重組DNA的超級細菌,能夠快速分解石油,從而恢復被石油污染的海域或土壤。美國陸軍研究發展和工程中心利用重組DNA技術,通過細菌獲得一種強度超過鋼的特殊纖維,以此用于生產防彈背心、帽子、降落傘繩索和其他高強度的輕型裝備。第三,用于基礎研究。分子生物學研究的核心是遺傣信息的結構、傳遞和控制。那么根據中心法則,我們要研究的就是從DNA到RNA,再到蛋白質的全過程。因此,無論是對啟動子的研究,還是對轉錄因子、功能基因的克隆與分析都離不開重組DNA技術。 重組DNA技術的成就和提出的問題促進了遺傳學、生物化學、微生物學、生物物理學和細胞學等學科的發展,并且有助于這些不同學科的結合。目前生物工藝學或生物工程學這一新興學科的產生,就是這種趨勢的反映。 1.2.4 生物大分子的結構功能研究 生物大分子要發揮功能,必須滿足兩個條件:**,具有特定的空間結構(三維結構);第二,在它發揮生物學功能的過程中必定存在著結構和構象的變化。沒有穩定的三級結構和結構運動,生物大分子很難發揮其生物功能。結構分子生物學就是以生物大分子特定的空間結構及結構的運動變化與其生物學功能的關系為基礎,進一步闡明生命現象的學科。主要利用物理學理論和實驗,闡明與生物大分子發揮生物功能時的結構變化及其與其他分子相互作用的過程。它包括結構的測定、結構運動變化規律的探索和結構與功能相互關系3個方向的研究,如膜蛋白的拓撲學、蛋白質的二級結構中殘基的接近和移動以及蛋白質的三級折疊等。它是分子生物學的重要組成部務。 1.2.5 基因組學、蛋白質組學及系統生物學研究 20世紀90年代初期,美國生物學家提出并實施了人類基因組計劃、經過各國科學家多年的努力,人類基因組計劃取得了巨大成績,已經完成了人類DNA序列的框架圖,迄今已測定的表達序列標簽幾乎覆蓋了人類所有基因。同時在利用基因表達連續分析和DNA芯片等技術研究mRNA水平上的基因活動規律取得了較大進展。但是,mRNA水平的基因表達狀況并不能完全代表蛋白質水平的狀況,mRNA與蛋白質間的相關系數僅為0.4~0.5,蛋白質才是生命功能的主要執行者,這促使人們從組織或細胞內整體蛋白質的組成、表達和功能模式去研究生命活動的基本規律。在這樣的形勢下,生命科學已進入后基因組時代。在后基因組時代,生物學研究的重點已從揭示生命所有遺傳信息轉移到在整體水平上對生物功能的研究。 目前已有多種生物,如大腸桿菌、酵母、線蟲、果蠅、大鼠、小鼠、擬南芥、水稻、楊樹等的基因組序列測序完畢。這極大地豐富了人類的知識寶庫,加快了人類認識自然和改造自然的步伐。但是測定基因組序列僅僅是了解基因的**步,隨著基因組測序工作的初步完成,基因組學( genomics)的研究由結構基因組學向功能基因組學(functional genomics)轉移,功能基因組學也往往被稱為后基因組學( post-genomics),其研究內容包括基因功能研究、基因表達分析及突變檢測等。它利用結構基因組學所提供的序列信息和產物,發展和應用新的實驗手段,通過在基因組或系統水平上全面分析影響整個生命過程的特定序列表達譜及功能,使得生物學研究從對單一基因或蛋白質的研究轉向多個基因或蛋白質同時進行系統的研究。 蛋白質組( proteome)指的是一個基因組所表達的全部蛋白質。蛋白質組學(pro-teomics)的研究主要有兩方面:一是結構蛋白質組學;二是功能蛋白質組學。其研究前沿大致分為3個方面:①針對有關基因組或轉錄組數據庫的生物體或組織細胞,建立其蛋白質組或亞蛋白質組及其蛋白質組連鎖群,即組成性蛋白質組學。②以重要生命過程或人類重大疾病為對象,進行重要生理病理體系或過程的局部蛋白質組或比較蛋白質組學研究。③通過多種先進技術研究蛋白質之間的相互作用,繪制某個體系的蛋白質,即相互作用蛋白質組學,又稱為“細胞圖譜”蛋白質組學。此外,隨著蛋白質組學研究的深入,又出現了一些新的研究方向,如亞細胞蛋白質組學、定量蛋白質組學等。 系統生物學(svstems biology)是生命科學研究領域的一門新興學科,是研究一個生物系統中所有組成成分(基因、mRNA、蛋白質等)的構成,以及在特定條件下這些組分間相互關系的學科。系統生物學是一種整合型學科,對多細胞生物而言,要實現從基因到細胞、組織和個體各層次的整合,由生物體內各種分子的鑒別及其相互作用的研究到途徑、網絡、模塊,*終完成整個生命活動的路線圖。經典的分子生物學采用多種手段研究個別的基因和蛋白質,是一種垂直型的研究。基因組學、蛋白質組學和其他各種“組學”則往往以單一的手段同時研究成千上萬個基因或蛋白質,是水平型研究。作為后基因組時代的新秀,系統生物學與基因組學、蛋白質組學等各種“組學”的不同之處在于,它是一種以整體性研究為特征的大科學,把水平型研究和垂畝型研究整合起來,成為一種“三維”研究。因此,系統生物學是典型的多學科交叉研究,它需要生命科學、信息科學、數學、計算機科學等各種學科的共同參與。它要研究所有的基因、所有的蛋白質、所有組分間的相互關系。 1.3 分子生物學的發展歷程 科學領域中任何一門學科的形成和發展,一般很難準確地說明它是何時、何人創始的。 經歷了漫長而艱辛的過程,逐步走向

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